Теормин 2016, страница 3

Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ è íåëèíåéíîñòü óñèëèòåëÿ. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ïðîñòåéøåãî óñèëèòåëÿ íà ïîëåâîì òðàíçèñòîðå è íàçíà÷åíèå ååýëåìåíòîâ.Óñèëèòåëü õàðàêòåðèçóåòñÿ êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ (â îáùåì ñëó÷àå êîìïëåêñíûì) K̃(ω) =UUâûõêîòîðûé ïîêàçûâàåò, êàê óñèëèâàåòñÿ ñèãíàë íà ÷àñòîòå ω . ×à-âõUW= 20 lgãäåWUW , W ìîùíîñòè íà âûõîäå è âõîäå. Íàïðèìåð k = 100 ⇒ N = 40Äá. Åñëè äàíRH R, åñëè ñîêàñêàä óñèëèòåëåé òî KΣ = K1 K2 K3 ; Nσ = N1 +N2 +N3 .

KU = −SRh + Rïðîòèâëåíèå ìåæäó ñòîêîì è èñòîêîì âåëèêî R RH , òî KU = −SRH ;  îáðàòíîì∂I∂Iñëó÷àå R RH ïîëó÷àåì KU = −SR . Âåëè÷èíû S =èR =()−1∂U∂Uíå ïîñòîÿííû, à çàâèñÿò îò âûáîðà "ðàáî÷åé òî÷êè". Äëÿ ó÷åòà íåëèíåéíûõ èñêàæåíèé èñïîëüçóþò çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ îò âåëè÷èíû âõîäíîãî ñèãíàëàK(U ) (àìïëèòóäíàÿ õàðàêòåðèñòèêà). Äëÿ ïðîñòîãî óñèëèòåëÿ ñ ñîïðîòèâëåíèåì íà 1R= + Ri11âõîäå: S∆U = −∆U++; (Ri = R ); SRi ∆U = −∆U;RHRi ZR=111=+ .R=RH Zñòî êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ èçìåðÿþò â äåöèáåëëàõ: N = 10 lgâûõâûõâûõâõâõâõÑÈÑÈÑÈâûõÑÈÑÈâûõÑÈâõâûõâõâõâûõÑÈâõâûõ17. Õàðàêòåðèñòèêè îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ.

Ñõåìà èíâåðòèðóþùåãîóñèëèòåëÿ íà îñíîâå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, åãî êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ.Îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü(ðèñ. à) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé óñèëèòåëü ïîñòîÿííîãî òîêà (ýòîìèêðîñõåìà, ñîäåðæàùàÿ äåñÿòêè òðàíçèñòîðîâ), êîòîðûé îáëàäàåò ñëåäóþùèìè ñâîéñòâàìè: Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ K áåç îáðàòíîé ñâÿçè áîëåå 106 ; Áîëüøîå âõîäíîåñîïðîòèâëåíèå Râõ → ∞; Ìàëîå âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå Râûõ → 0; Ïîëîñàïðîïóñêàíèÿ îò äåñÿòêîâ êèëîãåðö äî ñîòåí ìåãàãåðö.

Îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü èìååò äâà âõîäà, îáîçíà÷åííûå çàêàìè "−"(èíâåðòèðóþùèé) è "+"(íåèíâåðòèðóþùèé);òàêæå èìåþòñÿ êëåìû äëÿ ïîäà÷è ïèòàíèÿ. Îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü íå èñïîëüçóåòñÿáåç öåïè îáðàòíîé ñâÿçè. ÈÍÂÅÐÒÈÐÓÞÙÈÉ óñèëèòåëü (ðèñ. á) èìååò êîýôôèöèåíKZ2Z2Z1 + Z2óñèëåíèÿ Kβ = −, lim Kβ = − . Çíàê Kβ îòðèöàòåëüíûé, ÷òî è äîëæKZ1 K→∞Z11+Z1 + Z2íî áûòü äëÿ èíâåðòèðóþùåãî óñèëèòåëÿ.18. Õàðàêòåðèñòèêè îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ. Ñõåìà íåèíâåðòèðóþùåãî óñèëèòåëÿ íà îñíîâå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, åãî êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ.Õàðàêòåðèñòèêè è ñõåìà ñì 17. Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ÍÅÈÍÂÅÐÒÈÐÓÞÙÃÎ (ñì17. ðèñ.

â): kβ =KZ1 + Z2; kβ ', K → ∞; Çíàê Kβ ïîëîæèòåëüíûé.KZ1Z11+Z1 + Z219. Ïðèíöèï ðàáîòû àâòîãåíåðàòîðà. Áëîê-ñõåìà àâòîãåíåðàòîðà êàêóñèëèòåëÿ ñ ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçüþ. Áàëàíñ ôàç è àìïëèòóä.Óñëîâèå ñóùåñòâîâàíèÿ ñòàöèîíàðíûõ êîëåáàíèé.Óñëîâèÿ âîçíèêíîâåíèÿ àâòîêîëåáàíèé: Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ Kβ óñèëèòåëÿ ñ îáðàòíîéKñâÿçüþ îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì Kβ = 1−βK,ãäå K êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ óñèëèòåëÿ áåçîáðàòíîé ñâÿçè, à β êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷èöåïî÷êè îáðàòíîé ñâÿçè. Ïðè Kβ → 1 âåëè÷èíà Kβ íåîãðàíè÷åííî óâåëè÷èâàåòñÿ. ×òî ñîîòâåòñâóåò óñëîâèþ ñàìîâîçáóæäåíèÿ, ïðè êîòîðîì ðàçâèâàþòñÿ àâòîêîëåáàíèÿ.

Óñòðîéñòâà â êîòîðûõ âîçíèêàþò àâòîêîëåáàíèÿ àâòîãåíåðàòîðû. ò.ê. K, β êîìïëåêñíûå,òî óñëîâèé ñàìîâîçáóæäåíèÿ äâà: |K||β| = 1; ϕK + ϕβ = 2πn, n = 0, 1, 2.... Ïåðâîåóñëîâèå íàçûâàþò áàëàíñîì àìïëèòóä, à âòîðîå áàëàíñîì ôàç. Âåëè÷èíû K è βçàâèñÿò îò ÷àñòîòû ω , ïîýòîìó óñëîâèÿ óäîâëåòâîðÿþòñÿ íå äëÿ âñåõ, à òîëüêî äëÿ÷àñòè ÷àñòîò. Ïîýòîìó â ñïåêòð àâòîêîëåáàíèé áóäóò âõîäèòü â îñíîâíîì èìåííî ýòè÷àñòîòû (òîëüêî îíè "âûæèâóò"). Ðàññìîòðèì åùå ðàç ïðîöåññ ñàìîâîçáóæäåíèÿ: ìàëîå óâåëè÷åíèå íàïðÿæåíèÿ íà âõîäå ïðèâåäåò ê óâåëè÷åíèþ íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå,à îíî â ñâîþ î÷åðåäü ïðèâåäåò ÷åðåç öåïî÷êó îáðàòíîé ñâÿçè ê åùå áîëüøåìó óâåëè÷åíèþ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è òàê äàëåå. Î÷åâèäíî, ÷òî íóæåí ìåõàíèçì îãðàíè÷åíèÿàìïëèòóäû èíà÷å òàêîé ëàâèíîîáðàçíûé ïðîöåññ ïðèâåäåò ê ðàçðóøåíèþ àâòîãåíåðàòîðà.

Ðîëü òàêîãî ìåõàíèçìà îáû÷íî èãðàåò íåëèíåéíîñòü óñèëèòåëÿ: êîýôôèöèåíòóñèëåíèÿ óìåíüøàåòñÿ ñ ðîñòîì àïìëèòóäû êîëåáàíèé. Ïîä÷åðêíåì, ÷òî íåëèíåéíîñòüíåîáõîäèìà â àâòîêîëåáàòåëüíîé ñèñòåìå.20. Ïðèíöèï ðàáîòû àâòîãåíåðàòîðà. Ñõåìà è ïðèíöèï ðàáîòû LC− ãåíåðàòîðà. êà÷åñòâå ïðèìåðà ðàññìîòðèì ñõåìó ïðîñòåéøåãî LCãåíåðàòîðà(àâòîãåíåðàòîðû òàêîãî âèäà ÷àñòî íàçûâàþò ãåíåðàòîðàìè Òîìñîíà). Âîçíèêíîâåíèå çàðÿäà q íà êîíäåíñàòîðå C ïðèâåäåò ê ïîÿâëåíèþ íàïðÿæåíèÿ íà çàòâîðå UÇÈ ,à ñëåäîâàòåëüíî, ê óâåëè÷åíèþ òîêà IÑÈ ÷åðåç òðàíçèñòîð è÷åðåç èíäóêòèâíîñòü L â öåïè ñòîêà. Ýòî â ñâîþ î÷åðåäü âûçîâåò ïîÿâëåíèå ý.ä.ñ.

âçàèìîèíäóêöèè â öåïè êîíòóðà. Åñëèçíàê êîýôôèöèåíòà M âçàèìîèíäóêöèè âûáðàí ïðàâèëüíî,òî äåéñòâèå ý.ä.ñ. âçàèìîèíäóêöèè ïðèâåäåò ê óâåëè÷åíèþíàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðå. Òàêèì îáðàçîì âîçíèêíåò ëàâèíîîáðàçíîå óâåëè÷åíèå àìïëèòóäû êîëåáàíèé â êîíòóðå. ýòîì ñëó÷àå, êàê ãîâîðÿò, ÷åðåç öåïü îáðàòíîé ñâÿçè âíîñèòñÿ îòðèöàòåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå. Îãðàíè÷åíèå àâòîêîëåáàíèé áóäåò ïðîèñõîäèòü çà ñ÷åò íåëèíåéíîé çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿîò àìïëèòóäû êîëåáàíèé. Ïðè óñòàíîâèâèøèõñÿ àâòîêîëåáàíèÿõ ïîòåðè â êîíòóðå çàïåðèîä (èç-çà ñîáñòâåííûõ ïîòåðü) áóäóò â òî÷íîñòè êîìïåíñèðîâàòüñÿ ïîäêà÷êîé ýíåðãèè ÷åðåç öåïü îáðàòíîé ñâÿçè. Óðàâíåíèå òàêèõ êîëåáàíèé: Lq̈ +Rq̇ +qdI=MCdtÑÈ21.

Îïðåäåëåíèå ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè ìîùíîñòè ñòàöèîíàðíîãî øóìà.Ñïîñîáû åå èçìåðåíèÿ.Îñíîâíûì ïîíÿòèåì â ðàäèîôèçèêå ÿâëÿåòñÿ ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû. Òðàäèöèîííî åå îïðåäåëÿþò ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ïóñòü ìû èìååì ãåíåðàòîðøóìà íàïðÿæåíèÿ. Ïðèìåì, ÷òî ñðåäíåå íàïðÿæåíèå ãåíåðàòîðà ðàâíî íóëþ. Ïóñòüìû èçìåðÿåì íàïðÿæåíèå íà íåì ÷åðåç óçêîïîëîñíûé ôèëüòð, êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷èôèëüòðà ðàâåí åäèíèöå â ïîëîñå ∆ω . Íà âûõîäå ôèëüòðà ìû ïîëó÷èì ðåàëèçàöèþñëó÷àéíîãî ïðîöåññà.

Èñïîëüçóÿ ýðãîäè÷åñêóþ ãèïîòåçó è çàïèñûâàÿ ðåàëèçàöèè ñëó÷àéíîãî íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå ôèëüòðà â òå÷åíèå äîñòàòî÷íî äîëãîãî âðåìåíè ìûìîæåì èçìåðèòü äèñïåðñèþ ñëó÷àéíîãî íàïðÿæåíèÿ ∆u2 . Ýòà äèñïåðñèÿ áóäåò ïðî-1ïîðöèîíàëüíà ïîëîñå ôèëüòðà ∆ω : ∆u2 = limT →∞ TZT /2∆ωuab (t)2 dt ' S̃u (ω)2. Âåëè÷èíó2π−T /2S̃u (ω) ìû è íàçîâåì ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòüþÔèçè÷åñêèé ñìûñë ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè: ýòî ñðåäíåêâàäðàòè÷íîå íàïðÿæåíèåøóìà, ãåíåðèðóåìîå â åäèíè÷íîé ñïåêòðàëüíîé Zïîëîñå ÷àñòîò.

Î÷åâèäíî, ÷òî ïîëíàÿ∞dωS̃(ω) . Çäåñü ìû ãîâîðèì îò òàêäèñïåðñèÿ áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ èíòåãðà ëîì: σ =2π−∞íàçûâàåìîì äâóñòîðîííåì îïðåäåëåíèè ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè âåëè÷èíà S̃(ω) îïðåäåëåíà äëÿ ïîëîæèòåëüíûõ è îòðèöàòåëüíûõ ÷àñòîò. ×àñòî ãîâîðÿò îá îäíîñòîðîííåìîïðåäåëåíèè ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè S(ω) ( ýòà âåëè÷èíà îïðåäåëåíà äëÿ ïîëîæèòåëüíûõ ÷àñòîò). Ýòè âåëè÷èíû ñâÿçàíû ðàâåíñòâîì Su (ω) = 2S̃(ω). |ν(ω)|2 Ñïåêòðàëüíóþ ïëîòíîñòü ñðåäíåé ìîùíîñòè øóìà îïðåäåëÿþò êàê: Sν (ω) = lim.T →∞TZ∞Èëè S̃u (ω) =B(τ )eiωτ dτ , ãäå S̃u ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü øóìà u, B(τ ) = u(t)u(t − τ )−∞ àâòîêîððåëÿöèîííàÿ ôóíêöèÿ ( íàïîìíèì, ÷òî u(t) = 0).22.

Îïðåäåëåíèå ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè ìîùíîñòè ñòàöèîíàðíîãî øóìà. Âèäû ýëåêòðè÷åñêèõ øóìîâ. Ôîðìóëà Íàéêâèñòà, ôîðìóëà Øîòòêè.(+ñì 21.) ÁÅËÛÉ ØÓÌ øóì ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü êîòîðîãî íå çàâèñèò îò ÷àñòîòû, ò.å. Su (ω) = S0 . B(τ ) = S0 δ(τ )/2. Ìîäåëü áåëîãî øóìà îïèñûâàåò ñëó÷àéíûéïðîöåññ áåç ïîñëåäñòâèé (ïîñëåäóþùèé øàã íå ñâÿçàí ñ ïðåäûäóùèì). Ìû ðàññìîòðèì ñëåäóþùèå ÂÈÄÛ ØÓÌÎÂ: (1) Òåïëîâîé øóì (áåëûé øóì). Su = 4kT R 4kTñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü ãåíåðàòîRðà øóìîâîãî òîêà.

Ýòè êëàñè÷åñêèå ôîðìóëû äëÿ ñïåêòðàëüíîé ìîùíîñòè øóìîâîãî íàïðÿæåíèÿ íàçûâàþòñÿ ôîðìóëîé Íàéêâèñòà.  êâàíòîâîì ñëó÷àå îíà ìååò âèä: ~ω~ωωkTSu = 4R+ ~ω/kTÃðàíèöà ìåæäó íèìè: T = 300K, f=='22πhe−16 ∗ 1012 Ãö. Åñëè f f êëàñè÷. (2) Äðîáîâîé øóì (áåëûé øóì). Ïðè÷èíîé äðîáîâîãî øóìà ÿâëÿåòñÿ äèñêðåòíîñòü ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ, êîòîðûå ïåðåõîäÿò èç îäíîR∞ãî ïðîâîäÿùåãî ìàòåðèàëà â äðóãîé. Òåîðåìà Øîòòêè: S = 4 B(τ ) cos ωτ dτ = 2eI¯,ñïåêòðàëüíóþ ïëîòíîñòü íàïðÿæåíèÿ.

SI =ãðàíãðàíãðàíäð0¯ , ïðè ýòîì b(τ ) = eIδ(τ¯ ), I¯ = e/τ1 ñðåäíèé òîê. È äëè∆I == 2eI∆fòåëüíîñòü èìïóëüñà τ0 τ1 (ñðåäíåãî èíòåðâàëà ìåæäó èìïóëüñàìè). (3) Ôëèêêåð2Säð ∆ω2πøóì (èçáûòî÷íûé øóì èëè 1/f øóì). Ôëèêêåð øóìîì îáû÷íî íàçûâàþò øóì, ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü SF (ω) êîòîðîãî èìååò ðàñòóùóþ íà íèçêèõ ÷àñòîòàõ ñîñòàâëÿþùóþ: SF (ω) ' ωAα , 0.8 < α < 1.4; ãäå A è α ïîñòîÿííûå.

Ôëèêêåð øóì îáíàðóæåíïðàêòè÷åñêè âî âñåõ ìàòåðèàëàõ, èñïîëüçóåìûõ â ýëåêòðîíèêå: â ìåòàëëè÷åñêèõ ïëåíêàõ, â ïîëóïðîâîäíèêàõ, â âàêóóìíûõ ëàìïàõ, â ñâåðõïðîâîäíèêàõ è ò.ä. Íåñìîòðÿ íàñõîäñòâî ñïåêòðîâ ìåõàíèçì åãî âîçíèêíîâåíèÿ íå ÿâëÿåòñÿ îáùèì..