Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Усилители электрических сигналов.




Общие сведения.

В зависимости от поставленной задачи, усиление сигналов может быть либо линейным его преобразованием, либо нелинейным. Так, в радиоприемных устройствах каскады работают, как правило, в линейном режиме, а в радиопередающих устройствах в нелинейном. Остановимся на усилении сигнала в линейном режиме, хотя усиление сигнала происходит в цепях, содержащих нелинейные элемент (НЭ), но при малой амплитуде сигнала, можно считать процесс усиления линейным, т. к. рабочая область выбирается на линейном участке характеристики нелинейного элемента.

Усилитель – активный четырёхполюсник, на нагрузке которого выделяется полезная мощность, большая подводимой к его входу при неизменной форме сигнала. Под усиление понимается процесс управления активным нелинейным элементом (АНЭ) с помощью входного сигнала, который регулирует поступление электрической энергии от источника постоянного тока в нагрузке, в результате чего, на выходе усилителя выделяется мощность сигнала большая, чем на его входе. Т.е. для усиления входного сигнала используется энергия источника постоянного тока, питающего четырёхполюсник. На Рис. 107 изображена функциональная схема усилителя.

7.1.1 Классификация усилителей.

А) по типу управляемого элемента:

· Ламповые

· Транзисторные

· Магнитные

Б) по типу усиливаемого сигнала:

· Непрерывных;

· Импульсных;

В) по типу нагрузки:

· Апериодические (Rн);

· Резонансные (LC).

Г) по характеру выходного сигнала

· Усилители мощности;

· Усилители напряжения;

· Усилители тока.

7.1.2 Основные параметры и характеристики усилителей.

1. комплексные коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности. Коэффициент усиления часто выражают в децибелах.

2. Коэффициент полезного действия, P0 – мощность, отдаваемая источником питания усилителю.

3. Коэффициент нелинейных искажений. Если на вход усилителя подается монохроматический сигнал, а через нагрузку протекает ток сложной формы, содержащий гармоники с амплитудой, создающие соответственно составляющие напряжений, то коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник) равен Кг.

4. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) (Рис. 108) – это зависимость Кu. Полоса пропускания Df определяется по уровню 0.707 Кuср.

5. Коэффициент частотных искажений. Если через Кср обозначить коэффициент усиления на fср, то Коэффициент частотных искажений М.

6. Фазовая характеристика усилителя. Фазовое искажение определяется степенью отклонения от прямой касательной. (Рис 109)

7. Переходная характеристика усилителя. (Рис. 110). Отклик усилителя на единичный сигнал Uвх(t).

8. Амплитудная характеристика и динамический диапазон усилителя. Обычно, под амплитудной характеристикой в установившемся режиме понимают зависимость выходного напряжения от амплитуды синусоидального входного напряжения фиксированной частоты. (Рис. 111). При работе усилителей чаще всего используют линейный участок амплитудной характеристики. Uш – напряжение собственных шумов. Uвхмакс обусловлен насыщением НЭ. Динамический диапазон Dy.



9. Комплексное сопротивление входа и выхода.

7.1.3 Обратная связь в усилителях.

Под обратной связью (ОС) в усилителях понимают цепи, передающих энергию из выходной цепи во входную или с последующих каскадов в предыдущие. Цепи ОС сильно влияют на параметры и характеристики усилителей.

Виды цепей обратной связи.

Простейшие одно петлевая (Рис. 112) и двух петлевая, с независимыми петлями (Рис. 113).

Коэффициентом обратной связи называют b. Uос – напряжение обратной связи. Различают ОС по току и по напряжению, что определяется схемой снятия Uос.

ОС по напряжению, когда сигнал ОС (Uос) пропорционален напряжению Uвых на выходе. (Рис. 114а). ОС по току, когда сигнал ОС (Uос) пропорционален току Iвых в выходной цепи (Рис. 114б).

В зависимости от схемы введения энергии во входную цепь различают последовательную ОС (Рис. 115а) и параллельную ОС (Рис. 115б).

Последовательная ОС, когда Uос суммируется с Uвх. Параллельная, когда суммируется ток цепи Iос с входным током Iвх.

Применяются и комбинированные схемы ОС.

Влияние ОС на параметры и характеристики усилителя.

Рассмотрим в качестве примера схему ОС по напряжению с последовательным способом её ввода на вход усилителя (Рис. 116).



Рассмотрим действие отрицательной ОС. Кu= Uвх=U-Uос (ООС); Uвх=U+Uос (ПОС).

ООС по напряжению уменьшая коэффициент усиления улучшает другие свойства усилителя.

1) Уменьшаются частотные фазовые, и нелинейные искажения.

2) Уменьшает Rвых

3) Стабилизирует Uвых и Ku.

7,1,4 методы расчета усилителей в различных диапазонах частот.

Хотя схема любого усилителя содержит АНЭ, но при малой амплитуде усиление можно считать линейным. Расчет усилителя распадается на 2 этапа:

1. В статическом режиме (это режим покоя Uвх=0)

2. В динамическом режиме (Uвх¹0)

Существуют 3 методики расчета усилителя

1) По его эквивалентной электрической схеме

2) По эквивалентному активному четырехполюснику, для которого должна быть определена система h параметров

3) Графо-аналитический метод, при этом должны бить известны статические ВАХ, АНЭ и известны паспортные данные транзистора.

Статический и динамический режим работы усилителя.

Статический режим (режим покоя) – на электроды АНЭ подаются только постоянные напряжения, соответствующие выбранному режиму, при включенной нагрузке Zн.

Режим обеспечивается правильным выбором рабочей точки (РТ).

Динамический режим – на электродах АНЭ, присутствуют как постоянные, так и переменные напряжения. Переменное напряжение за счет подачи на вход усилителя входного переменного сигнала.

Динамическая характеристика (DX) – зависимость между мгновенными значениями токов и напряжений при наличии нагрузки в выходной цепи Zн при наличии на входе напряжения сигнала.

Нагрузочная прямая (НП) – линеаризованная (DX).

Поскольку выходная нагрузка может быть различной для постоянной и переменной составляющих тока, то и наклон НП может быть разным. Различают НППТ по постоянному току и по переменному току.

Графо аналитический метод расчета усилительного каскада с ОЭ на БТ для малых сигналов в диапазоне НЧ.

На Рис. 117 представлена схема усилителя.

Ср – два разделительных конденсатора, разделяют постоянную и переменную составляющие.

Rк – сопротивление коллекторной нагрузки

R1, R2 – делитель для создания напряжения смещения на базе

Rэ, Cэ – элементы температурной стабилизации.

Представим схему усилителя по постоянному току (Рис. 118).

Поскольку , то

ID – ток делителя R1, R2

На рис 119 показаны выходные статические характеристики БТ.

01’ – линия критического режима (отделяет область активного режима от режима насыщения).

Получим аналитическую зависимость (НППТ)

Из

Определим положение этой прямой на плоскости с координатами (Ik, Uk).

1)

2)

Тогда àНППТ.

Эквивалентную схему такого каскада по переменной составляющей на средней частоте (СЧ) можно представить на Рис. 120 на основе схемы на Рис. 117.

На СЧ сопротивление Ср мало, а Свх велико, поэтому ими можно пренебречь.

На СЧ - десятки Ом

– сотни Ом.

Коэффициент усиления по напряжению

Эквивалентная электрическая схема для переменной составляющей тока коллектора может быть составлена, если транзистор заменить схемой замещения его выходной цепи и подключить к ней все элементы, нагружающие транзистор по переменному току. Тогда на основе схемы рисунка 117 эквивалентная схема будет следующей (Рис. 120 -1).

Область средних частот.

Здесь можно пренебречь Ср, Свх, поскольку Zср – мало; Zсв – велико. См – емкость монтажа. (Рис. 121).

Область нижних частот.

Здесь Zср соизмерима с R’вх , поэтому учитываем (Рис. 122а).

RЕr = 0 то схема будет на Рис. 122б.

Область верхних частот.

Эквивалентные схемы усилителя представлены на рис 123 а и б. При этом учитываем Zсвх, т. к . оно соизмеримо с Rвх и пренебрегаем Zср, поскольку оно мало.

 

Для схемы Рис. 123б

Транзисторный усилитель с общей базой.

(Рис 124).

Особенности:

· Малая Rвх и высокая Rвых

· Не меняет фазу входного сигнала (в отличие от ОЭ).

Используется для согласования низкоомных цепей с усилителем.

Транзисторный усилитель с общим коллектором.

Рис. 125.

Эту схему часто называют эмиттерным повторителем. В ней действует ООС за счет Rэ.

Особенности:

· Высокая Rвх и низкая Rвых (Rвых=100…300 Ом).

· Ku<1

· Не меняет фазу входного сигнала, как схема ОБ.


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2019 год. (0.078 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал