Навигация по странице:
|
Shpory_ЭЛ. 1 Классификация. Основные характеристики и параметры усилителей
1)Классификация. Основные характеристики и параметры усилителей.
По характеру усиливаемых сигналов различают:
Усилители непрерывных сигналов.
Усилители импульсных сигналов.
По назначению усилителя делятся на:
усилители напряжения,
усилители тока,
усилители мощности.
С точки зрения выбора режима работы активного элемента различают:
Режим слабого сигнала.
Режим большого сигнала.
В зависимости от вида частотной передаточной характеристики усилителя и абсолютным значениям полосы частот различают:
-
Усилители постоянного тока. Такое название обусловлено тем, что они способны усиливать очень медленные изменения сигналов.
Усилители низкой частоты. Название условное, оно подчеркивает, что нижняя граничная частота лежит в области низких частот, несоизмеримо ниже верхней граничной частоты. АЧХ таких усилителей имеет вид:
Усилители радиочастоты. АЧХ таких усилителей имеет вид:
коэффициент усиления напряжения Ku=U2/U1
коэффициент усиления тока Ki=I2/I1
коэффициент усиления мощности Kp=Pвых/Pвх
|
2)Обратная связь в электронных усилителях и их влияние на параметры и характеристики.
Различают несколько видов обратной связи:
а) обратную связь по напряжению, когда величина напряжения обратной связи пропорциональна величине выходного напряжения, то есть
Uос = bUвых;
б) обратную связь по току, когда величина напряжения обратной связи пропорциональна выходному току, то есть
Uос = Rос * Iвых
в) последовательную обратную связь, подаваемую во входную цепь устройства последовательно со входным напряжением
г) параллельную обратную связь, при которой напряжение обратной связи Uос подается во входную цепь устройства параллельно входному напряжению источника сигнала
Отрицательная обратная связь по току увеличивает выходное сопротивление усилилителя. Выходное сопротивление усилителя, охваченного отрицательной обратной связью по току можно определить по следующей формуле: RвыхОС=Rвых(1+BK)
Последовательная обратная связь увеличивает входное сопротивление усилителя. Значение входного сопротивления усилителя, охваченного последовательной отрицательной обратной связью можно определить по формуле: RвхОС=Rвх(1+BK)
|
|
4) Статический и динамический режим работы усилительного каскада. Классы какадов.
Статический режим:
Независимо от типов активных электронных приборов, применяемых в усилителе, принцип усиления остаёся единым и сводится к тому , что в цепи, в состав которой входит активный электронный прибор , устанавливаются определённые постоянные токи. Он характеризуется постоянным падением напряжения на компонентах, входящих в состав усилительного каскада. При подаче сигнала переменного тока на управляющие электроды активног прибора ток в цепи начинает изменяться. Этот переменный ток создает переменное падение напряжение на компонентах, входящих в состав усилительного каскада.
Динамический режим:
Динамическим режимом усилителя называется режим, при котором в электродах транзистора кроме постоянных составляющих существуют и переменные токи и напряжения.
Динамический режим возникает, на вход усилителя подключается источник переменного напряжения.
Важными показателями каскада являются его коэффициенты усиления по току KI, напряжению Ku и мощности Kp, а также входное Rвх и выходное Rвых сопротивления
Классы:
Класс А
Самым простым и качественным является усилитель, реализованный по схеме эмиттерного повторителя. Такие схемы называются усилителями класса А.
Класс В
Представим схему двухтактного повторителя. Транзистор Т1 открыт при положительных значениях сигнала, а транзистор Т2 - при отрицательных. При нулевом входном напряжении коллекторного тока нет и мощность не рассеивается.
Класс АВ
В двухтактных усилителях, собранных по схеме АВ смещение используется для получения достаточно большого тока покоя в момент перехода сигнала через нуль. Подразумевается, что в течение некоторого интервала времени оба транзистора находятся в состоянии проводимости.
Класс D
В усилителях выполненных по схеме класса D выходные транзисторы работают в ключевом режиме.
|
|
6)Однотактные, двухтактный, бестрансформаторные усилители мощности. Анализ работы, расчёт.
Однотактный усилитель мощности работает в классе А. Режим работы выбирают таким, чтобы рабочая точка охватывала весь линейный диапазон дополнительных характеристик. Для этого предварительные каскады должны обеспечить необходимое усиление.
Расчёт:
Мощность, подводимая к транзистору от источника питания, равна:
P0=Ik0*Ek
Мощность переменного тока, выделяемая в первичной обмотке трансформатора, равна:
Pвых=0.5Ukmax*Ikmax
Где Ukmax и Ikmax - максимально допустимые амплитуды тока и напряжения.
Коэффициент полезного действия выходной цепи однотактного усилителя мощности равен
η=Pвых/P0
С учетом коэффициента использования тока коллектора γ и коэффициента использования коллекторного напряжения ζ кпд однотактного каскада будет равен η=0,5 γ ζ .
Где γ= Ikmax/Ik0, а ζ= Ukmax/ Ek
Двухтактный усилитель мощности представляет собой параллельное соединение двух однотактных, каждый из которых работает в классе «Б».
При условии полной симметрии схемы делитель R1 – R2 обеспечивает одинаковое смещение для транзисторов T1, T2. Входной трансформатор играет роль фазораспределителя. Во вторичной обмотке входного трансформатора амплитуды U1 и U2находятся в противофазе. В результате транзистор T1 открыт во время действия положительной полуволны входного напряжения. Транзистор T2 на фоне нижней полуволны.
Расчёт двухтактного:
Мощность, потребляемая обоими транзисторами от источника питания, P0=2IсрEk
Где Iср=Imk/π - среднее за период значение коллекторного тока каждого транзистора.
Мощность переменного тока в выходной цепи равна Pвых=0,5 ImkUmk
Коэффициент полезного действия выходной цепи двухтактного усилителя мощности равен:
η= Pвых/ P0
Используются также двухтактные схемы, не содержащие выходного трансформатора. На рис.5.60 приведена упрощенная схема бестрансформаторного двухтактного каскада на транзисторах с разными типами проводимости. Транзисторы работают в режиме эмиттерных повторителей, поскольку нагрузка Rн включена в эмиттерную цепь транзисторов. При Uвы=0 транзисторы закрыты. При действии двухполярного входного сигнала транзисторы открываются поочередно, при этом токи в нагрузке протекают в противоположных направлениях.
Рис5.60.Бестрансформаторный двухтактный усилитель мощности
Для уменьшения возникающих в этом усилителе нелинейных искажений типа «ступеньки» на базы транзисторов подают небольшое начальное смещение, чтобы создать небольшой начальный ток транзисторов. Такой режим работы усилителя называют режимом АВ.
|
|
8) Релейные электронные усилители. Транзисторные ключи на биполярных и полевых транзисторах.
Транзисторный ключ — это схема, предназначенная для коммутации цепи нагрузки транзистора при воздействии на него внешних управляющих сигналов.
Ключ с общим эмиттером:
Дает усиление по мощности.
Ключ ОЭ наиболее распространен, т.к. обеспечивает усиление по напряжению и току.
Поэтому ключи можно соединять последовательно (каскадом). При этом, сигнал не затухает.
Амплитуда (и ток, и напряжение) сигнала сохраняется при любом числе включенных
каскадов.
Ключ с общей базой:
Самостоятельного значения не имеет. Он используется как вспомогательный для двух целей:
согласование уровней, обычно при переходе на с более низкого уровня логических значений,
на более высокий; обеспечивает защиту от обратной передачи сигнала. Каскады с ОБ могут работать на частотах, близких к предельным.
Ключ с общим коллектором:
Аналогия — эмиттерный повторитель. В нем действует 100% отрицательная
последовательная обратная связь по напряжению. Поэтому каскады не обладают
формирующими свойствами (сигнал затухает при последовательной передаче через
несколько каскадов). У этого каскада очень маленькое выходное сопротивление.
Используется как буферный. Используется при работе на низкоомную нагрузку и нагрузку с
большой паразитной емкостью и индуктивностью, т.е. линии электрических интерфейсов.
Режимы работы:
1. Активный режим. Коллекторный переход смещен в обратном направлении.
Uбэ > 0, Uбк < 0.
2. Режим отсечки. Эмиттерный и коллекторный переходы смещены в
обратном направлении. Uбэ < 0, Uбк <0.
2.A. Режим глубокой отсечки. Uбэ < 0, Uбк <0. |Uбэ| >> φт, |Uбк| >> φт. φт —
температурный потенциал. φт=k*T/q. T = 300K. φт = 26мВ. Порог
чувствительности. Если напряжения на входах транзистора меньше
температурного потенциала, то можно считать характеристики транзистора линейными.
2.Б. Граница отсечки (с активным режимом). Uбэ = 0, Uбк <0.
3. Режим насыщения. (Двойной инжекции). Uбэ > 0, Uбк > 0. Оба перехода открыты.
Напряжение на базе больше напряжения на эмиттере и на коллекторе.
3.А. Режим глубокого насыщения. Uбэ > 0, |Uбк| >> фт. Uкб > 0, |Uкб| >> φт.
3.Б. Граница насыщения ( с активным режимом). Uбэ > 0, Uкб = 0.
4. Инверсный. Uбэ < 0, Uбк > 0.
|
9)Общая характеристика усилителей постоянного тока и их особенности. Дифференциальные усилительные каскады на биполярном и униполярном транзисторах.
Усилителями постоянного тока (УПТ) или медленно меняющихся во времени сигналов называются усилители низкой частоты, коэффициент усиления которых не равен нулю на частоте  . УПТ способны усиливать постоянные и переменные напряжения. Амплитудно-частотная характеристика УПТ приведена на
В усилителях постоянного тока применяется непосредственная связь между каскадами, так как связь через разделительные конденсаторы и трансформаторы не обеспечивает передачи постоянной составляющей усиливаемого сигнала. Поэтому база транзистора каждого последующего каскада непосредственно соединяется с коллектором транзистора предыдущего каскада. Гальваническое соединение связано с необходимостью согласования режимов соседних транзисторов по постоянному току.
Диф. Усилитель на биполярном транзисторе:
Схема дифференциального усилителя на биполярных транзисторах показана на рис. 4.1.3. Первое плечо усилителя образовано резисторами Rк1 , Rэ1 и транзистором VT1, а второе – резисторами Rк2 , Rэ2 и транзистором VT2. Источник тока реализуют с помощью схемы с общим эмиттером либо на основе токового зеркала.
Рис. 4.1.3
Если плечи схемы симметричны и входные напряжения одинаковы, ток источника делится поровну между транзисторами VT1 и VT2:
Iк1=Iк2=αJ/2
Нетрудно показать, что при равенстве входных напряжений
Uвых1=Uвых2=Eк-0.5αRкJ
Напряжение симметричного выхода
Uвых=Uвых2-Uвых1=0.
Предположим, что на входах дифференциального усилителя действует синфазный сигнал Uсф . При действии такого сигнала токи коллекторов не изменятся, поэтому выходные напряжения останутся прежними. Таким образом, в случае симметрии плеч синфазный сигнал не изменяет режим работы дифференциального усилителя.
Предположим теперь, что на входе действует дифференциальный сигнал, т. е. напряжение Uвх увеличилось на величину  , а напряжение Uвх2 уменьшилось на такую же величину. При этом ток Iк1 увеличится, а ток Iк2 уменьшится на величину  . Изменятся и выходные напряжения:
 ;
 .
Про диф. усилитель на униполярном транзисторе нихуя нет!
|
10) Назначение, структурная схема, основные параметры, частотные свойства маркировка операционных усилителей.
Операционный усилитель — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления.
Назначение: Дифференциальный усилитель, Инвертирующий усилитель, неинвертирующий усилитель. Повторитель напряжения, интегратор, дифференциатор, компаратор, измерительный усилитель.
Структурная схема операционного усилителя: Bx — вход операционного усилителя; С — разделительные конденсаторы; У1 — усилитель низкой частоты и постоянного тока; У2 — высокочастотный усилитель с ky 1; Уз — усилитель средней частоты; У4 — выходной широкополосный усилитель; Вых — выход операционного усилителя.
Параметры: К точностным параметрам относятся: дифференциальный коэффициент усиления по напряжению KU, коэффициент ослабления синфазного сигнала КОСС, напряжение смещения нуля Uсм, входной ток Iвх, разность входных токов по инвертирующему и неинвертирующему входам Iр, коэффициент влияния источников питания Kв.ип и коэффициенты температурных дрейфов перечисленных параметров.
Частотные свойства: Усиление гармонических сигналов характеризуется частотными параметрами ОУ, а усиление импульсных сигналов - его скоростными или динамическими параметрами. На низких частотах коэффициент усиления без ОС очень велик. АЧХ имеет спадающий характер в области высокой частоты, начиная от частоты среза fср. 
|
|
|
|
Скачать 0.88 Mb.
