Электронные усилители Схемы и характеристики

История искусства
Экспрессионизм
Живопись перед первой мировой войной
Аналитический кубизм
Фантастическое искусство
Экспрессионизм
Поздний абстрактный экспрессионизм
Фотоискусство
Работы фотореалистов
Документальная фотография
Фотография XX века
Скульптура и архитектура 20 века
Сюрреализм
Скульптура после 1945 года
«Инсталляции» Джуди Пфафф
Архитектура XX века

Постмодернизм

Информатика
Персональный компьютер
Микросхемы памяти
Программное управление
Периферийные устройства
Видеосистемы
Монитор
Технические средства ЭВМ
Радиосвязь
Телефония
Цифро-аналоговое преобразование
Частотный спектр
Модуляторы
Конференц-связь
Процессор ПК
Шина адреса
Встроенный кэш
Основы сетевых ОС
Многозадачные ОС
вычислительные сети
Одноранговые сетевые ОС
Файловая система
Сервера
Управление ресурсами ПК
Файловая система
Корпоративная сеть
Домен
Клиент-сервер
Система Mach
DOS-технологии
Windows
LAN Server
UNIX
Novell NetWare
Сетевые продукты Microsoft
OS/2
Электронные усилители
Математика
Примеры контрольной работы
Типовик
Линейная алгебра
Найдём предел
Найдём вторую производную
Правила дифференцирования
Вычислим частные производные функции двух переменных
Разложим рациональную дробь
Вычислим односторонние производные
Найдём производную функции
Производные функции, заданной параметрически
Дифференциал функции
Определение производной
Производные гиперболических функций
Производная степенной функции
Дифференцирование и интегрирование рядов Фурье
Производная неявной функции
Производные высших порядков
Свойства производных
Физика
Методика решения задач
Термодинамика

Структурная схема усилительного устройства При решении многих инженерных задач, например при измерении электрических и неэлектрических величин, контроле и автоматизации технологических процессов, построении радиотехнических устройств и медицинских приборов, возникает необходимость в усилении электрических сигналов. Классификация электронных усилителей Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики определяют возможности по усилению гармонических колебаний различных частот. Из-за наличия в усилителе реактивных элементов (в том числе и паразитных), сопротивление которых зависит от частоты, коэффициент передачи такого усилителя зависит от частоты. Об искажениях усиливаемого импульсного сигнала (например, в видеоусилителях) можно судить по переходной характеристике усилителя. Переходной характеристикой h ( t ) усилителя называют реакцию усилителя на входное воздействие в виде единичного скачка (ступеньки) тока или напряжения Линейные и нелинейные искажения Хотя усилители должны усиливать сигналы без искажений, в действительности формы входного и выходного колебаний в точности не совпадают. Уровень искажений формы сигналов оценивается коэффициентами искажений. Искажения сигнала разделяют на линейные и нелинейные.

Амплитудная характеристика, динамический диапазон Для получения необходимого усиления используют многокаскадные усилители, в которых каждый последующий каскад подключен к выходу предыдущего. Так, усилитель, предназначенный для воспроизведения звукового сигнала в телевизоре или радиоприемнике, содержит несколько каскадов предварительного усиления и выходной каскад. Положение рабочей точки может быть задано либо приложением напряжения смещения U0, либо фиксацией постоянной величины тока I0. Обратной связью (ОС) называют подачу части (или всего) выходного сигнала усилителя на его вход. Обычно ее специально вводят для целенаправленного изменения характеристик усилительного устройства. Однако иногда она возникает самопроизвольно. Такую обратную связь называют паразитной. Влияние ООС на стабильность коэффициента усиления

В усилителе без обратной связи при большом входном сигнале искажается форма выходного сигнала и в выходном напряжении, помимо основной гармоники, появляются высшие гармонические составляющие. При введении ООС высшие гармоники через звено обратной связи подаются на вход усилителя и усиленными вычитаются из выходного напряжения усилителя Амплитудно-частотная характеристика усилителя с ОС Частотный критерий устойчивости усилителя с обратной связью. Запасы устойчивости
по амплитуде и по фазе Пример расчета характеристик усилителя с ООС

Способы включения биполярного транзистора В схемах усилителей используется активный режим работы биполярных транзисторов, когда эмиттерный переход смещен в прямом, а коллекторный переход - в обратном направлении. Характеристики транзистора при включении с общей базой Характеристики транзистора при включении с общим эмиттером Т-образная схема замещения транзистора при включении с общей базой В электронных схемах на электроды транзистора подают постоянные питающие напряжения, задавая таким образом положение рабочей точки на его ВАХ. Если при этом на усилительный элемент поступает еще и переменное напряжение входной сигнал, то по отношению к этому сигналу он ведет себя как активный четырехполюсник. Т-образная схема замещения транзистора при включении с общим эмиттером Н-параметры транзистора и их связь с параметрами физической эквивалентной схемы Определение h -параметров по характеристикам транзистора

 Полевыми или униполярными транзисторами называются полупроводниковые приборы, в которых регулирование тока производится изменением проводимости проводящего канала с помощью электрического поля, перпендикулярного направлению тока. Стандартный набор ВАХ полевых транзисторов отличается от набора ВАХ биполярных транзисторов прежде всего потому, что у полевых транзисторов отсутствуют входные токи, а значит, и входные характеристики. Эквивалентные схемы замещения полевых транзисторов Принцип работы и назначение элементов простейшего каскада УНЧ по схеме с общим эмиттером

Нагрузочные прямые постоянного и переменного тока На выходных характеристиках транзистора точка покоя А, соответствующая выбранному значению тока базы, лежит на нагрузочной прямой постоянного тока (рис. 4.3). Её координаты обозначены как I0 и U0. Нагрузочная прямая постоянного тока проходит через точку Е на оси абсцисс и точку Е / RК на оси ординат в соответствии с уравнением второго закона Кирхгофа для коллекторной цепи Анализ каскада в области средних частот На нижних частотах возрастает сопротивление разделительных конденсаторов С1 и С2 (их уже нельзя считать закороченными, как на средних частотах), вследствие чего образуются делители напряжения во входной и выходной цепях усилительного каскада. В области верхних частот учитывают влияние емкости коллекторного перехода СК и инерционность процесса рекомбинации неосновных носителей, отражаемую комплексным коэффициентом передачи тока базы Результирующие характеристики каскада

Цепи смещения с фиксированным током базы и фиксированным током эмиттера Цепь смещения с эмиттерной стабилизацией рабочей точки транзистора Для устранения ООС по переменному току RЭ шунтируют конденсатором СЭ. На нижних частотах конденсатор СЭ вносит дополнительные искажения Цепь смещения с комбинированной отрицательной обратной связью по постоянному току Выбор режима работы транзистора Пример расчета усилительного каскада

Выбор положения рабочей точки транзистора Координаты рабочей точки необходимо рассчитать так, чтобы получить без ограничения требуемые амплитуды напряжения и тока в нагрузке с учетом смещения рабочей точки в заданном диапазоне температур окружающей среды. Расчет элементов цепи смещения по постоянному току Основные показатели усилителя в области средних частот Расчет величин емкостей конденсаторов

Особенности формирования АЧХ широкополосных усилителей К широкополосным усилителям (видеоусилителям) относятся такие усилители, в которых коэффициент усиления остается практически постоянным в широкой частотной области. Трудности по обеспечению этого постоянства возникают как в области низких, так и в области высоких частот. Схемы высокочастотной коррекции Частотная коррекция применяется при построении широкополосных усилительных каскадов, т.е. таких, в которых коэффициент усиления должен быть постоянным в широком диапазоне частот. Схема низкочастотной коррекции Каскад с общей базой  С использованием эмиттерной цепи стабилизации рабочей точки построим транзисторный усилительный каскад по схеме с общей базой Каскад с общим коллектором

УНЧ с гальванически связанными каскадами ОЭ-ОК Каскад по схеме с общим истоком Анализ каскада в области средних и верхних частот Режим работы при малом сигнале стремятся выбрать экономичным, однако при уменьшении падает крутизна характеристики S и коэффициент усиления каскада Каскад с последовательной ООС по току При отключении конденсатора С3 в рассматриваемом каскаде действует последовательная ООС по току за счет резистора R3.

Трансформаторный выходной каскад в режиме класса А При проектировании выходных каскадов усилителей, которые часто называют усилителями мощности, стремятся максимально полно использовать напряжение и ток источника питания с целью обеспечения более высокого коэффициента полезного действия. Трансформаторный выходной каскад в режимах В и АВ Влияние трансформатора на частотную характеристику усилителя Трансформатор обеспечивает большую гибкость схемы (возможность получить требуемую мощность в нагрузке Рн при различных Е ), однако вносит дополнительные частотные искажения. Трансформаторные каскады хорошо зарекомендовали себя при работе на фиксированной частоте промышленной сети 50 или 400 Гц. При усилении сигналов в широкой полосе частот предпочтение отдается бестрансформаторным схемам выходных каскадов. Выходной каскад в режиме класса АВ

Каскад с вольтодобавкой Для полной раскачки выходного каскада амплитуда синусоидального напряжения на его входе должна быть больше Е/2. Добиться этого и значительно повысить максимальную выходную мощность и КПД можно, применяя в каскаде положительную обратную связь Выходной каскад УНЧ с квазидополнительной симметрией При большой величине мощности, отдаваемой в нагрузку (единицы-десятки ватт), для уменьшения тока покоя VT1 в двухтактном выходном каскаде применяют составные транзисторы, причем оконечные транзисторы берут однотипными с целью их унификации Дифференциальный усилительный каскад При контроле и измерении многих неэлектрических величин возникает необходимость усиления сигналов очень низких частот. Для этого требуются усилители постоянного тока. УПТ обычно запитывают от двухполярного источника и обеспечивают в точке покоя Uвых = 0 при Uвх = 0. Вариант схемы дифференциального усилителя и эквивалентная схема для определения входного сопротивления и коэффициента усиления по напряжению для дифференциального сигнала

Входное сопротивление для дифференциального сигнала Варианты построения генераторов постоянного тока (стабилизаторов тока) для дифференциального усилительного каскада приведены на рис. 11.4 (в простейшей схеме каскада вместо генератора тока включается резистор Rг ). Многокаскадный УПТ с дифференциальным входом и несимметричным выходом называют операционным усилителем (ОУ). Операционным усилитель был назван потому, что он использовался в аналоговых вычислительных машинах (еще в ламповом варианте) для выполнения операций масштабирования, суммирования и интегрирования. Основные параметры и типовые схемы включения операционных усилителей В линейных устройствах ОУ используются с глубокой ООС. При этом параметры схем на ОУ практически полностью определяются видом и характеристиками элементов, включенных в цепь обратной связи. ОУ стали самыми универсальными и массовыми элементами аналоговой схемотехники. Инвертирующий усилитель постоянного тока В неинвертирующем УПТ операционный усилитель охвачен последовательной ООС по напряжению. Дифференциальный УПТ Аналоговый сумматор Аналоговый интегратор

Усилители низкой частоты В усилителях переменного напряжения на ОУ возможно применение разделительных конденсаторов При измерении постоянных напряжений с помощью токового прибора (миллиамперметра) возникают погрешности за счет влияния измерительной цепи на измеряемую, изменения сопротивления медной рамки прибора при изменении температуры окружающей среды. В вольтметрах переменного напряжения к ним добавляются погрешности за счет падения напряжения на диодах выпрямителя. Усилители тока предназначены для преобразования малых токов в напряжение. Простейший способ преобразовать ток в напряжение - пропустить этот ток через резистор с известным сопротивлением. Амплитудный детектор предназначен для формирования постоянного выходного напряжения, пропорционального амплитуде входного переменного или импульсного напряжения. Выпрямители среднего значения дают на выходе напряжение, постоянная составляющая которого пропорциональна среднему значению выпрямленного входного напряжения. Преобразователи сопротивления в напряжение (ПСН) находят применение при построении омметров и измерительных приборов с резистивными первичными преобразователями. При неизменном токе падение напряжения на резисторе пропорционально его сопротивлению. Рассмотрим пример расчета масштабирующего инвертирующего УПТ, предназначенного для усиления сигнала датчика тока (шунт со шкалой выходного напряжения 75 мВ) до уровня, необходимого для работы аналого-цифрового преобразователя со шкалой входного аналогового сигнала 10 В

Усилители, предназначенные для усиления сигналов в узкой полосе частот, называют избирательными. Избирательное усиление можно получить с помощью частотно-зависимой цепи (например, параллельного или последовательного LC  -контура), включенной либо в нагрузку, либо в цепь обратной связи транзисторного усилительного каскада. Усилители с резонансными контурами иначе называют резонансными усилителями.

Каскодный усилитель Если один каскад обеспечивает требуемую избирательность, но не обеспечивает необходимое усиление, можно ввести дополнительный усилительный каскад с резистивной нагрузкой Избирательный усилитель типа RC со сложной ООС С применением операционных усилителей строятся относительно низкочастотные избирательные усилители. Хорошо зарекомендовал себя в практических устройствах избирательный усилитель типа RC на ОУ с двухпетлевой ОС Структурная схема генератора. Условия баланса фаз и амплитуд  Электронным генератором называют устройство, преобразующее с помощью усилительных элементов энергию источника питания в энергию электрических колебаний заданной формы и частоты. По форме генерируемых колебаний различают генераторы гармонических колебаний и релаксационные (импульсные) генераторы. По виду избирательной цепи различают LC- и RC-генераторы гармонических колебаний. Автогенератор с трансформаторной обратной связью Мягкий и жесткий режимы работы автогенератора. Применительно к автогенераторным устройствам существуют два понятия: мягкий режим работы, жесткий режим работы

Трехточечные генераторы   Более технологичны в изготовлении так называемые трехточечные генераторы. В них часть напряжения с контура подается в нужной фазе на вход усилительного элемента за счет использования индуктивного или емкостного делителя напряжения. Кварцевая стабилизация частоты Стабильность частоты колебаний автогенератора. При передаче информации по радиоканалам требуется высокая стабильность частоты радиопередающего устройства, недостижимая без принятия специальных мер по стабилизации частоты задающего генератора. Автогенератор с трехзвенной RC-цепью Автогенератор с мостом Вина

Генератор с независимым возбуждением В радиопередающих устройствах применяются многокаскадные генераторы, в которых используются отдельные каскады, работающие в режиме умножения частоты. При этом ослабляется воздействие мощных выходных каскадов на возбудитель, устраняется возможность самовозбуждения усилителей. Автогенератор на туннельном диоде Классификация стабилизаторов постоянного напряжения Параметрический стабилизатор напряжения на кремниевом стабилитроне Источник опорного напряжения Компенсационный стабилизатор напряжения Стабилизатор на операционном усилителе с ограничением выходного тока Микросхемы стабилизаторов постоянного напряжения

Методика решения задач по физике, математике, информатике