Таким образом, дифференциальный каскад усиливает дифференциальный сигнал и ослабляет синфазный. Для количественной оценки усиления дифференциального и ослабления синфазного сигнала применяют коэффициент ослабления синфазного сигнала:
Kос.синнес = KU/ KUсин,
он может достигать сотен и единиц тысяч.
Для симметричного выхода
Kос.синс >>Kос.синнес ,
поскольку синфазный сигнал увеличивает как Uвых1 так и Uвых2, а из разность остается неизменной.
40 Режимы работы усилительных каскадов. Режим А.
В зависимости от положения рабочей точки и времени протекания тока через активный элемент различают следующие режимы:
1 - A;
2 - B;
3 - C;
4 - D.
Иногда применяют промежуточный режим AB.
Количественно режим работы усилителя характеризуется углом отсечки Q – половиной той части периода, в течение которого в выходной цепи транзистора протекает ток нагрузки. Угол отсечки выражают в градусах или радианах.
Рабочую точку выбирают в середине линейного участка входной характеристики. Ток в выходной цепи протекает в течение всего периода, а угол отсечки Q равен 180°. Транзистор работает в активном режиме на близких к линейным участках характеристик, поэтому искажения усиливаемого сигнала здесь минимальны. КПД такого усилителя низок (теоретически <25%), поэтому такой режим применяют в маломощных каскадах предварительного усиления.
41 Режимы работы усилительных каскадов. Режим B.
В зависимости от положения рабочей точки и времени протекания тока через активный элемент различают следующие режимы:
1 - A;
2 - B;
3 - C;
4 - D.
Иногда применяют промежуточный режим AB.
Количественно режим работы усилителя характеризуется углом отсечки Q – половиной той части периода, в течение которого в выходной цепи транзистора протекает ток нагрузки. Угол отсечки выражают в градусах или радианах.
Рабочая точка находится в нулевой точке входной характеристики. Ток нагрузки протекает по коллекторной цепи транзистора только в течение одного полупериода входного сигнала, КПД может достигать 70%. Угол отсечки Q равен 90°.
Используют в двухтактных усилителях мощности.
Недостаток - большой уровень нелинейных искажений.
42 Режимы работы усилительных каскадов. Режим АB.
В зависимости от положения рабочей точки и времени протекания тока через активный элемент различают следующие режимы:
1 - A;
2 - B;
3 - C;
4 - D.
Иногда применяют промежуточный режим AB.
Количественно режим работы усилителя характеризуется углом отсечки Q – половиной той части периода, в течение которого в выходной цепи транзистора протекает ток нагрузки. Угол отсечки выражают в градусах или радианах.
Ток в выходной цепи протекает больше половины периода изменения напряжения входного сигнала.
Этот режим используется для уменьшения нелинейных искажений усиливаемого сигнала, которые возникают из-за нелинейности начальных участков входных вольт-амперных характеристик транзисторов.
При отсутствии входного сигнала в режиме покоя транзистор немного приоткрыт и через него протекает ток, составляющий (10…15)% от максимального тока при заданном входном сигнале. Угол отсечки в этом случае составляет (120…130)°.
Используют в двухтактных усилителях мощности с улучшенными характеристиками.
Особенности:
- высокий КПД;
- низкие нелинейные искажения.
43 Режимы работы усилительных каскадов. Режимы C и D.
В зависимости от положения рабочей точки и времени протекания тока через активный элемент различают следующие режимы:
1 - A;
2 - B;
3 - C;
4 - D.
Иногда применяют промежуточный режим AB.
Количественно режим работы усилителя характеризуется углом отсечки Q – половиной той части периода, в течение которого в выходной цепи транзистора протекает ток нагрузки. Угол отсечки выражают в градусах или радианах.
Рабочая точка А располагается выше начальной точки передаточной характеристики.
Ток протекает в течение времени, которое меньше половины периода входного сигнала, поэтому угол Q<90°. Больше половины рабочего времени транзистор закрыт, мощность, потребляемая от источника питания, снижается. КПД близок к 100 %.
Из-за больших нелинейных искажений применяют, в основном, в мощных резонансных усилителях (например, радиопередатчиках).
Рабочая точка может находиться в зоне отсечки или в зоне насыщения. В активной зоне рабочая точка находится только в течение короткого промежутка времени, необходимого для перехода её из одной зоны в другую.
Используется в специальных видах усилителей.
44 Особенности усилителей мощности.
Под усилителем мощности понимают такой усилитель, для которого регламентированы нагрузка и мощность в ней.
Особенности усилителей мощности:
1 работают с большими уровнями входных сигналов;
2 являются основными источниками нелинейных и интермодуляционных искажений.
Интермодуляционные искажения возникают при усилении сложных сигналов. Они обусловлены нелинейностями активных компонентов и проявляются в возникновении комбинационных частот, а также а амплитудной модуляции одного сигнала другим.
3 представляют собой главный потребитель энергии;
4 занимают объем, соизмеримый с объемом остальной части усилителя.
45 Классификация усилителей мощности.
Классифицируют по следующим признакам.
1 По режиму работы активного компонента:
а) режим А;
б) режим В;
в) режим АВ.
2 По схеме включения активного элемента:
а) режим А;
б) режим В;
а) режим АВ.
3 По виду связи с нагрузкой:
а) с гальванической связью;
б) с емкостной связью;
а) с трансформаторной связью.
4 По способу формирования выходного сигнала:
а) однотактные;
б) двухтактные.
Наибольшее распространение получили двухтактные выходные каскады с гальванической связью, у которых в течение одного полупериода работает один транзистор, а в течение другого полупериода – второй. Они имеют следующие преимущества:
1 малые габариты вследствие отсутствия громоздких трансформаторов и разделительных конденсаторов;
2 хорошие частотные и амплитудные характеристики;
3 легко могут быть реализованы в интегральном исполнении.
46 Усилитель мощности в режиме А.
47 Усилитель мощности в режиме В.
48 Усилитель мощности в режиме АВ
Коллекторные токи покоя Iкo1 и Iкo2 задаются напряжением смещения, подаваемым на базы транзисторов с сопротивлений R2 и R3, и составляют незначительную часть максимального тока в нагрузке:
Iкo1, Iкo2 = (0,05…0,015) Iкмах,
вследствие этого результирующая характеристика управления двухтактной схемы класса AB принимает линейный вид.
Параметры резисторов R1…R4 выбирают таким образом, чтобы выполнялись условия:
UR2 =Uбэ01= Uбэ1.отс;
UR3 =Uбэ02= Uбэ2.отс.
КПД каскадов при таком классе усиления выше, чем для класса А, но меньше, чем в классе В, за счет наличия малого коллекторного тока при отсутствии входного сигнала.
49 Двухкаскадная схема операционного усилителя.
Операционными усилителями (ОУ) называют высококачественные усилители постоянного тока, предназначенные для выполнения различных операций над аналоговыми сигналами при работе в схеме с отрицательной обратной связью.
Двухкаскадные схемы отличаются от трехкаскадных тем, что первый каскад выполняет функции как входного ДУ, так и малосигнального усилителя напряжения (УН), так как здесь используется ДУ, построенный по сложной схеме. Выходные сигналы первого каскада находятся под нулевым уровнем. Следовательно, дополнительный каскад сдвига уровня в таком ОУ не требуется. Каскад усиления амплитуды (УА) построен по схеме с ОЭ. Как и в трехкаскадном ОУ, на выходе схемы включается двухтактный эмиттерный повторитель.
50 Два правила анализа схем включения ОУ.
1) входы идеального ОУ не потребляют ток от цепи источника сигнала (из-за бесконечно большого входного сопротивления);
2) между входами идеального ОУ напряжение управления в любой схеме включения равно нулю (из-за бесконечно большого коэффициента усиления).
51 Основные параметры и характеристики реальных ОУ.
Основные параметры и характеристики реальных ОУ.
1. Коэффициент усиления напряжения (KУU ) - отношение выходного напряжения интегральной микросхемы к входному напряжению.
2. Напряжение смещения нуля (Uсм) - постоянное напряжение, которое должно быть приложено ко входу интегральной микросхемы, чтобы выходное напряжение было равно нулю или другому заданному значению.
3. Входной ток (Iвх) - ток, протекающий во входной цепи интегральной микросхемы в заданном режиме.
4. Разность входных токов (DIвх) - разность значений токов, протекающих через дифференциальный вход интегральной микросхемы в заданном режиме.
5. Входное сопротивление (Rвх) - отношение приращения входного напряжения интегральной микросхемы к приращению активной составляющей входного тока при заданной частоте сигнала.
6. Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений (Kос.сф) - отношение коэффициента усиления напряжения интегральной микросхемы к коэффициенту усиления синфазных входных напряжений.
7. Дрейф выходного тока (DIвых.t) - наибольшее значение относительного изменения выходного тока интегральной микросхемы в течение заданного интервала времени при отсутствии других дестабилизирующих факторов.
8. Напряжение шума (Uш) - напряжение на выходе интегральной микросхемы в заданной полосе частот при входном напряжении равном нулю.
9. Коэффициент влияния нестабильности источников питания на напряжение смещения нуля (Kвл.н.и) - отношение приращения напряжения смещения нуля интегральной микросхемы к вызвавшему его приращению напряжения источника питания.
10. Выходное сопротивление (Rвых.) - отношение приращения выходного напряжения интегральной микросхемы к вызвавшему его приращению активной составляющей выходного тока при заданной частоте сигнала.
11. Максимальное выходное напряжение(Uвых.max) -выходное напряжение интегральной микросхемы при заданном сопротивлении нагрузки и напряжении входного сигнала, когда его приращение не вызывает приращения выходного напряжения.
12. Максимальный выходной ток(Iвых.max) - наибольшее значение выходного тока интегральной микросхемы, при котором заданные параметры соответствуют заданным значениям.
13. Частота единичного усиления (f1) - частота, на которой модуль коэффициента усиления напряжения интегральной микросхемы при разомкнутой цепи обратной связи равен единице.
14. Максимальная скорость нарастания выходного напряжения (VU вых) - отношение изменения выходного напряжения с уровня 0,1 до уровня 0,9 к времени его нарастания при воздействии на вход интегральной микросхемы импульса напряжения прямоугольной формы максимального входного напряжения.
15. Время успокоения выходного напряжения(TуспU) - время с момента достижения входным импульсом прямоугольной формы уровня 0,5 до момента последнего пересечения выходным напряжением интегральной микросхемы напряжения заданной величины.
16. Амплитудно-частотная характеристика - зависимость модуля коэффициента усиления от частоты входного сигнала.
17. Фазо-частотная характеристика - зависимость угла сдвига фазы между выходным и входным напряжением от частоты.
52 Инвертирующее включение ОУ.
|
Схема усилителя, в котором реализовано инвертирующее включение ОУ, приведена на рисунке 26.1. Для упрощенного расчета параметров усилителя воспользуемся двумя правилами анализа схем включения ОУ и
Uвых.= - Uвх. R2 /R1 (26.2).
Следовательно, коэффициент усиления по напряжению описывается соотношением:
КУU = Uвых./ Uвх. = - R2 / R1
Из анализа схемы и системы уравнений следует: U+ =U- = 0. Поэтому в первом приближении можно считать, что Rвх.ОС = R1.
Рассматриваемый усилитель представляет собой каскад с ООС, причем сигнал ОС пропорционален выходному напряжению. В этом случае выходное сопротивление усилителя с учетом теории обратной связи в усилителях описывается соотношением:
Rвых.ОС = Rвых / (1 + b КУU),
53 Неинвертирующее включение ОУ.
В случае неинвертирующего включения информационный сигнал подают на неинвертирующий вход. При этом необходимо помнить, что сигнал обратной связи в любом случае должен быть подан на инвертирующий вход (см. рисунок 26.4).
Для упрощенного расчета параметров усилителя воспользуемся двумя правилами анализа схем включения ОУ и составим систему уравнений:
Uвх = U+;
U+ = U-; (26.6)
U- = UвыхR1 / (R1 + R2).
В результате решения приведенной системы уравнений получим:
Uвых = Uвх (1+ R2 / R1) (26.7),
откуда коэффициент усиления по напряжения KУU = 1 + R2 / R1.
Сигнал ОС при неинвертирующем включении ОУ вводится последовательно с входным напряжением. В этом случае, как следует из теории усилителей с ОС, входное сопротивление для дифференциального сигнала увеличивается в (1 + b КУU), т. е. Rвх.ОС = Rвх.д (1 + b КУU), где Rвх.д - входное сопротивление ОУ для дифференциального сигнала.
Выходное сопротивление как и для каскада с инвертирующим включением ОУ описывается соотношением: Rвых.ОС = Rвых / (1 + b КУU).
Выходное напряжение каскада с неинвертирующим включением ОУ содержит еще одно слагаемое - напряжение синфазной ошибки DUсинф, так как при таком включении ОУ на его входах всегда присутствует синфазный сигнал, равный Uвх.
Вернемся к анализу соотношений, описывающих коэффициент усиления напряжения, а также выходное и входное сопротивления. При R2 = 0 или
R1 = ¥ коэффициент усиления напряжения КУU = 1. Причем при больших значениях коэффициента усиления ОУ в разомкнутом состоянии это соотношение выполняется очень точно. Если учесть, что входное сопротивление при таком включении очень велико, а выходное мало, то получается практически идеальный буферный (согласующий) усилитель, получивший название интегральный повторитель.
54 Дифференциальное включение ОУ.
Дифференциальное включение ОУ (см. рисунок 26.5) применяют для получения выходного напряжения, пропорционального разности входных напряжений. Доказано, что получение такой масштабированной разности возможно только при указанных на рисунке 26.5 соотношениях между номинальными значениями резисторов.
Для упрощенного расчета параметров усилителя воспользуемся двумя правилами анализа схем включения ОУ и составим систему уравнений:
(
- U- ) / R1 = (U- - Uвых) / R2;
U+ = 
R4 / (R3 + R4);
U+ = U-.
В результате решения приведенной системы уравнений получим:
Uвых = (
- 
) (R2 / R1), откуда KУU = Uвых / ( - ) = R2 / R1.
Входные сопротивления по инвертирующему Rвх.инв и неинвертирующему Rвх.неинв входам с учетом двух правил анализа схем включения ОУ можно описать соотношениями: Rвх.инв = R1 и Rвх.неинв= R1 +R2. Из анализа последних соотношений виден существенный недостаток такой схемы дифференциального включения ОУ - неравенство входных сопротивления по инвертирующему и неинвертирующему входам. Для устранения указанного недостатка рекомендуется по каждому из входов устанавливать интегральный повторитель напряжения.
Выходное сопротивление как и для каскада с инвертирующим и неинвертирующим включением ОУ описывается соотношением:
Rвых.ОС = Rвых / (1 + b· КУU)
55 Интегратор на ОУ.
Интегратор аналоговых сигналов, схема которого приведена на рисунке27.1, является самым простым устройством с реактивным элементом в петле ОС.
Его работа описывается системой уравнений:
U+ = U- = 0;
Uвх / R1 = - С1 dUвых / dt.
В результате решения системы уравнений получим:
Uвых = -[ 1 / (R1 C1) ] 
dt.
Для скачка входного сигнала E c интеграл является линейной функцией
Uвых.ид = - E c t / (R1 C1),
где Uвых.ид - выходное напряжение идеального интегратора.
56 Дифференциатор на ОУ.
Функционирование дифференциатора сигналов, построенного на ОУ (см. рисунок 27.4), описывается системой уравнений:
U+ = U- = 0;
С1 dUвх / dt = - Uвых / R1,
откуда нетрудно получить
Uвых= - R1 С1 dUвх / dt
Коэффициент передачи идеального дифференциатора можно записать в виде
k(j w) = - j wR1C1 = - j wt1 (27.8),
где t1=R1·C1 -постоянная времени.
57 Инвертирующий усилителей с частотно-зависимым коэффициентом усиления. 1-й, 2-й и 3-й варианты.
58 Инвертирующий усилителей с частотно-зависимым коэффициентом усиления. 1-й, 4-й и 5-й варианты.
| Таблица 28.1 | ||||
| № ва- | Сопротивление | Коэффициент | Постоян. | |
| Рианта | Z1 | Z2 | Передачи | Времени |
| 
| -R2/R1 | - | |
|
| -(R2/R1)·(1+j·w·t) | C1·R1 | |
|
| 
| -(R2/R1)/(1+j·w·t) | C2 ·R2 | |
|
| -(R2/R1)· j·w·t/(1+j·w·t) | C1·R1 | |
|
| 
| -(R2/R1)·(1+j·w·t)/ j·w·t | C2·R2 |
59 Неинвертирующий усилителей с частотно-зависимым коэффициентом усиления. 1-й, 2-й и 3-й варианты.
60 Неинвертирующий усилителей с частотно-зависимым коэффициентом усиления. 1-й, 4-й и 5-й варианты.
| Таблица 28.2 | |||||
| № ва- | Сопротивление | Коэффициент | Постоянные | ||
| Рианта | Z1 | Z2 | передачи | Времени | |
| t1 | t2 | ||||
|
|
| (R1+R2)/R1 | - | - | |
|
|
| [(R1+R2)/R1]·(1+j·w·t1) | C1· (R1÷÷R2) | - | |
|
|
| [(R1+R2)/R1]·(1+j·w·t1)/(1+j·w·t2) | C2· (R1÷÷R2) | C2 ·R2 | |
|
|
| (1+j·w·t1)/(1+j·w·t2) | C1· (R1+R2) | C1·R1 | |
|
|
| (1+j·w·t1)/(j·w·t2) | C2· (R1+R2) | C2·R1 |
Дата добавления: 2015-11-16; просмотров: 55 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| KU1 > KU2 > KU3. | | | ДЛЯ СТУДЕНТОВ ГУМАНИТАРНЫХ ФАКУЛЬТЕТОВ ДНЕВНОГО (ЗАОЧНОГО) ОТДЕЛЕНИЯ |