Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Читайте также:
  1. II. Основная часть
  2. IV. Счастье улыбается Мите
  3. А теперь следующий вопрос (Рассуждения Мэй Касахары. Часть 3)
  4. Б. Экзокринная часть: панкреатические ацинусы
  5. Беседа Х. О счастье.
  6. Буддадхарма безгранична и вечна - как бы она могла влезть в твои рамки счастья и удовлетворения?
  7. Буддадхарма безгранична и вечна – как бы она могла влезть в твои рамки счастья и удовлетворения?

Прежде чем приступить к лабораторным исследованиям проработайте лекционный материал, а затем прочитайте в учебнике [1] (В.И.Лачин, Н.С.Савёлов Электроника раздел 2.1. Классификации, основные параметры и характеристики усилителя) или в учебнике [2] (О.В. Миловзоров, И.Г. Панков Электроника §2.1. Усилители). Непонятные места, а также вопросы, вызывающие сомнения, запишите в лабораторную тетрадь, обсудите с товарищами и преподавателем.

Усилителем электрических сигналов называется устройство, у которого мощность электрических сигналов на выходе больше чем на входе.

На структурных схемах усилитель изображают в виде прямоугольника, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 - Условное графическое обозначение усилителя на структурных схемах

 

Основными параметрами, определяющими работу усилителя, являются три коэффициента:

- коэффициент усиления по напряжению – Кu,

- коэффициент усиления по току – КI

- коэффициент усиления по мощности – КP:

 

, , ,

а также входное RВХ­ и выходное RВЫХ сопротивления.

 

При использовании биполярных транзисторов различают:

- усилитель с общим эмиттером (ОЭ),

- усилитель с общей базой (ОБ),

- усилитель с общим коллектором (ОК).

 

На рисунке 2 представлена структурная схема усилителя в виде схемы замещения, на которой внутренний источник напряжения Евых = К·Uвх получает энергию от источника питания. Rвх - входное сопротивление усилителя, а Rвых - выходное сопротивление усилителя.

 

Рисунок 2 - Эквивалентная схема каскада с общим эмиттером

 

К входу усилителя (зажимы 11-1) подключен источник сигнала с действующим значением ЭДС Er и внутренним сопротивлением Rr. Он создает на выходе усилителя напряжение Uвых. К выходу усилителя (зажимы 21-2) подключена нагрузка с сопротивлением Rн.

Обычно усилитель представляет собой многокаскадное устройство, состоящее из ряда последовательно соединенных простейших каскадов. Схема с общим эмиттером, представляющая каскад с RC связями приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема каскада с общим эмиттером

 

Эмиттер транзистора соединен с общей точкой усилителя. Источник питания EК через делитель R1-R2 подает на базу биполярного транзистора VT n-p-n типа напряжение смещения 0,5…0,8В. Входным является ток базы Iб, который управляет током коллектора по формуле Iк = hЭ21·Iб . Параметр hЭ21 называется коэффициентом передачи по току в схеме с общим эмиттером. При этом на коллекторе транзистора создается усиленное переменное напряжение Uкэ = EК - Iк·Rк, которое, далее, через разделительный конденсатор Cр2 передается на нагрузочное сопротивление Rн. Резистор Rк ограничивает ток коллектора.

Резисторы R1, R2 обеспечивают необходимый режим транзистора по постоянному току (начальное положение рабочей точки). Правильный выбор этой точки влияет на коэффициент нелинейных искажений и на коэффициент полезного действия. Это поясняют графики входной характеристики биполярного транзистора и семейства выходных характеристик, показанные на рисунке 4.

Входная характеристика транзистора (на рисунке 4 слева) показывает зависимость тока базы IБ от входного напряжения UБЭ между базой и эмиттером. Базовый p-n переход у кремниевого транзистора начинает открываться при напряжении примерно 0,6 вольта, поэтому при меньшем напряжении транзистор закрыт и находится в состоянии отсечки. При напряжении большем 0,6 вольта входная характеристика нелинейная. Это означает, что равномерное увеличение напряжения между базой и эмиттером UБЭ приводит к неравномерному увеличению тока базы, поскольку ток коллектора пропорционален току базы, то и ток коллектора увеличивается неравномерно. Это явление и объясняет появление нелинейных искажений усилителя на биполярном транзисторе.

 

 

Рисунок 4 - Вольт-амперные характеристики усилительного каскада

 

Нелинейные искажения приводят к появлению в усиленном сигнале гармоник высшего порядка, которые оцениваются коэффициентом нелинейных искажений. Наибольшая нелинейность входной характеристики имеет место в районе 0,6 вольта, поэтому работа транзистора в этой области крайне нежелательна. Работа при напряжениях UБЭ > 0,8 уменьшает нелинейные искажения, но приводит к увеличению тока коллектора, что ведет к увеличению нагрева транзистора и ухудшает коэффициент полезного действия.

Начальное положение рабочей точки на выходной характеристике обозначено буквой р, на входной характеристике буквой - р’. Для этого подбирают такое значение резистора R2, чтобы напряжение на коллекторе при отсутствии входного сигнала удовлетворяло формуле

Конденсаторы Cp1 и Cp2 называются разделительными. Они обеспечивают изоляцию (разделение) источника сигнала и нагрузки от каскада по постоянному току и соединение (связь) их по переменной составляющей между собой. Для устранения отрицательной обратной связи по переменной составляющей, которая возникает из-за эмиттерного резистора Rэ его шунтируют конденсатором Cэ, сопротивление Xcэ которого на низшей частоте усиливаемого сигнала должно быть на порядок меньше Rэ (Rэ>>Xcэ). Это ослабляет отрицательную обратную связь в каскаде по переменному току и устраняет влияние Rэ на коэффициент усиления по переменной составляющей.

Кроме нелинейных искажений появляются линейные искажения. Линейные искажения обусловлены наличием в усилителе реактивных элементов, сопротивление которых зависит от частоты f. Из-за этого отдельные гармонические составляющие входного сигнала усиливаются неодинаково, нарушается их взаимный фазовый сдвиг относительно друг друга, форма сигнала искажается.

Линейные искажения усилителей оцениваются с помощью амплитудно-частотной (АЧХ), фазочастотной (ФЧХ) и переходной характеристик. Под АЧХ усилителя понимается зависимость КU= f(f). Пример АЧХ представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 - Амплитудно-частотная характеристика усилителя

 

 

Амплитудная характеристика (АХ) усилителя представлена на рисунке 6 и снимается при подаче на вход усилителя гармонического колебания частотой f, лежащей в полосе пропускания. Для усилителей низкой частоты обычно f = 1000Гц

Начальный нелинейный участок обусловлен собственными шумами усилителя и наводками, которые приводят к появлению напряжения на входе усилителя при отсутствии входного сигнала.

При больших напряжениях Uвх сказывается нелинейность ВАХ активных элементов, из-за чего падает средняя крутизна и уменьшается усиление.

Количественно мера нелинейности γ оценивается как отношение отклонения АХ от линейной характеристики

АХ считается линейной на участках, где усиление происходит с допустимым уровнем нелинейных искажений (в пределах 1 децибелла). В этом случае коэффициент усиления К не зависит от амплитуды и может быть определен, как тангенс угла наклона АХ к оси абсцисс.

 

 

Рисунок 6 - Амплитудная характеристика усилителя

 

Динамический диапазон усилителя оценивается как отношение максимального и минимального напряжения выходных сигналов, выраженное в децибелах. Минимальный сигнал определяется уровнем собственных шумов усилителя, а максимальный — нелинейными искажениями. В этом случае динамический диапазон определяют по формуле

 

,

 

где Uмах – максимальное напряжение на выходе усилителя в линейной области амплитудной характеристики,

Uшум – напряжение сигнала на выходе усилителя при отсутствии полезного сигнала на входе.

 


Дата добавления: 2015-07-08; просмотров: 229 | Нарушение авторских прав


 

 

Читайте в этой же книге: Лабораторная работа №1 | Описание лабораторной установки. | Методические указания | Выпрямитель | Сглаживающие фильтры | Линейные стабилизаторы напряжения | Описание лабораторной установки | II Измерить среднеквадратическое значение переменной составляющей, среднеквадратичные действующие и амплитудное напряжения после выпрямителя для различных нагрузок. | II Измерить среднеквадратическое значение переменной составляющей, среднеквадратичное действующее и амплитудное напряжения после выпрямителя для различных нагрузок. | III Исследовать влияние сглаживающего фильтра на форму выпрямленного напряжения. |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
IV Исследовать влияние стабилизатора напряжения на форму выпрямленного напряжения и определить коэффициент стабилизации.| Методические указания

mybiblioteka.su - 2015-2023 год. (0.04 сек.)