L_6 (1075842)
Текст из файла
1Лекция № 6.УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХПлан1. Введение.2. Классификация усилителей.3. Технические характеристики и параметры усилительного каскада.4. Режимы усиления.5. Усилители напряжения звуковых и средних частот.6. Теоретическое обобщение по теме.1. Введение.Усилителем называется устройство, предназначенное для усилениявходного электрического сигнала по напряжению, по току или по мощностиза счёт преобразования энергии источника питания в энергию выходногосигнала.I1I2ЕсU1УСИЛИТЕЛЬU2ЕпZсРис.6.1.Zн2На рис.6.1 дана обобщённая функциональная схема электронного усилителяУсилитель имеет две основные цепи ─ входную, куда включается источник усиливаемого сигнала Е с , и выходную, куда включается нагрузка Z н .Последовательно с усилителем включен источник питания Е п .
Схема любогоусилителя модулирует энергию этого источника входным управляющим сигналом. Чтобы этот процесс выполнить, схема усилителя должна содержатьнелинейный элемент, управляемый входным сигналом U 1 . В качестве нелинейных управляемых элементов в современных усилителях используют, какправило, биполярные и полевые транзисторы (потому их обычно и называюттранзисторными усилителями).В разделе «Элементная база электроники» мы рассматривали биполярный транзистор в статическом режиме ─ в режиме без нагрузки. Это былонеобходимо для того, чтобы выявить собственные возможности транзистора:его основные параметры, характеристики. После статического режима рассмотрим работу транзистора под нагрузкой ─ в режиме усиления.2. Классификация усилителейКлассификация усилителей идёт по нескольким признакам:По роду усиливаемого сигнала:• усилители гармонических сигналов (непрерывных колебаний);• усилители импульсных сигналов.• усилители постоянного тока (УПТ);По функциональному назначению:• усилители напряжения;• усилители тока;• усилители мощности.По диапазону усиливаемых частот:• усилители напряжения звуковой частоты ─ УЗЧ (прежнее название ─усилители напряжения низкой частоты (УНЧ)).
Диапазон частот таких усилителей ─ от десятков Гц до десятков или сотен кГц;3• усилители напряжения радиочастот УРЧ (прежнее название ─ усилители напряжения высокой частоты (УВЧ));• избирательные (резонансные) усилители (узкополосные);• широкополосные усилители (от сотен кГЦ до сотен Мгц).По виду соединительных цепей усилительных каскадов:• усилительные каскады с гальваническими междукаскадными связями(непосредственные связи);• усилительные каскады с емкостными связями;• усилительные каскады с индуктивными (трансформаторными) связями ( в настоящее время индуктивная связь применяется крайне редко).По характеру нагрузки:• усилители с активной нагрузкой;• усилители с ёмкостной нагрузкой;• усилители с индуктивной нагрузкой.3. Технические характеристики и параметры электронного усилителя.3.1.
АЧХ ─ амплитудночастотная характеристика усилителя ─ зависимость коэффициента усиления от частоты (рис.6.2.а);3.2. ФЧХ ─ фазочастотная характеристика ─ зависимость угла сдвигафаз между входным и выходным напряжениями от частоты. Фазовые искажения оцениваются по тем же причинам, что и частотные (рис.6.2.б).К0ϕ0,707К0КнКвfвffнfнfсра).fвб)Рис. 6.2..Характеристики усилителя: а ─ типовая АЧХ; б─ типовая ФЧХf4Если усиливается сигнал небольшой амплитуды, то заметного искажения выходного полезного сигнала не происходит.
Но если сигнал достаточносложной формы, с «большим набором» гармоник, то на выходе будем наблюдать большие искажения: в схеме усилителя всегда имеют место реактивные элементы, которые реагируют неодинаково на частоту. Такие искажения в выходном сигнале получили название частотных и оцениваются оникоэффициентом частотных искажений:КМ = 0;н КнКМ = 0 ,в Квгде М н и М в ─ коэффициенты частотных искажений на нижних и верхних граничных частотах соответственно; К н и К в ─ коэффициенты усиленияна нижних и верхних частотах соответственно; К 0 ─ коэффициент усиленияна средних частотах.3.3. Передаточная характеристика ─ это зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного.UвыхИдеальнаяEАРеальнаяUвыхUвых.максРТОВИдеальнаяUвх.максUвхUвх.миневх.Uвых.минАВUвхUвх.минUвх.максРис.6.4. Передаточная характеристикаинвертирующего усилителяРис.6.3.
Передаточная характеристиканеинвертирующего усилителя5На рис.6.3 показана передаточная характеристика усилителя, которыйфазу входного сигнала на выходе не изменяет, а на рис.6.4 усилитель фазувходного сигнала на выходе изменяет на противоположную. Но для обоихвариантов усилителей рабочим участком является участок «АВ». Линия идеальной передаточной характеристики (пунктиром) практически совпадает срабочим участком характеристики.Точка «О» на рис.6.3. ─ это точка уровня напряжения шумов. Различитьполезный сигнал на фоне шумов можно только после точки «В».После точки «А» ─ явно выраженные нелинейные искажения входногосигнала.
Уровень нелинейных искажений оценивается коэффициентом нелинейных искаженийКНИ =22U22 max + U 3 max + ...U n maxU1 maxгде U 1max , U 2max, U 3max …., U nmax ─ амплитуды гармоник, из которых основной является первая гармоника (U 1max ,).Входная характеристика у транзистора имеет нелинейный характер, поэтому поданный на вход усилителя сигнал синусоидальной формы претерпевает изменения и на выходе он уже отличается от синусоидального. Такимобразом, сам транзистор является источником нелинейных искажений. Еслиамплитуда входного сигнала остаётся в пределах прямолинейного участка«АВ», то искажения полезного выходного сигнала будут минимальными, поэтому многокаскадные усилители строят таким образом, чтобы первые каскады усиления работали при низких уровнях входного сигнала.
Нелинейныеискажения, в этом случае, появятся только в выходном каскаде, который работает в режиме большого сигнала, и нелинейные искажения не получатдальнейшего усиления.3.4. Параметры усилителя:• коэффициент усиления по напряжению KU =∆I• коэффициент усиления по току K I = 2 ;∆I1∆U∆U2;16∆P• коэффициент усиления по мощности K p = 2 ;∆P1• коэффициент полезного действия η =PнPзатр.;• входное и выходное сопротивления усилителя по переменной составляющей сигнала.Коэффициенты усиления могут быть выражены как в относительныхединицах, так и в логарифмических ─ децибелах.Для получения достаточно большого коэффициента усиления используют включение нескольких каскадов, так как в этом случае общий коэффициент усиления (если он будет выражен в относительных единицах) будет равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов. Если жекоэффициент усиления выражен в децибелах, то в многокаскадном усилителеобщий коэффициент усиления будет равен сумме коэффициентов усиленияотдельных каскадов.4.
Режимы усиленияРежимы усиления выделены в несколько классов. Для усилителей наиболее распространенными являются классы А, В, С, Д или их комбинированные варианты (АВ, АВ 1 и т.д.). На рис.6.5 даны временные диаграммы коллекторного тока в режимах усиления класса «А» и «В». Форма коллекторного тока дает представление об уровне нелинейных искажений в выходномсигнале усилителя в зависимости от класса усиления.4.1. В режиме класса «А» форма коллекторного тока почти идеальная, тоесть уровень нелинейных искажений в выходном сигнале усилителя будетпрактически незаметен.
Такая совершенная форма выходного коллекторноготока возможна лишь в том случае, если рабочая точка задана на квазилинейномучастке ВАХ (в данном случае на рис.6.5а это точка РТ1 ): положение РТ выбирают так, чтобы амплитуда переменной составляющей выходного тока быламеньше тока покоя. В режиме класса «А» ток через транзистор течет непрерывно в течение всего периода изменения входного сигнала.7Для оценки времени протекания тока через транзистор вводится понятиеугла отсечки коллекторного тока «θ» − это половина интервала времени, в течение которого через транзистор течет ток. Угол отсечки коллекторного токавыражен обычно в градусах или радианах.
В режиме класса «А» угол отсечкиколлекторного тока θ А = 180о.а)IкIкб)IkmaxbРТ1aIкРТ2dt0Uбэпt1Uбэевх1t2евх2t3t4IкпtIkminUбэt0t1t2t3t4РТ1– Режим кл. «А»t РТ2– Режим кл. «В»θ =90оРТ1 при «евх1» и РТ2 при «евх2»)в)Рис.6.5. Режимы усиления класса «А» и «В»: а− передаточная ВАХ;б − временные диаграммы коллекторного тока для режимов кл. «А» и кл. «В»; в −временные диаграммы входного напряжения при разных положениях РТК недостатку рассмотренного режима следует отнести низкий коэффициент полезного действия (КПД < 0,5) за счёт большого коллекторного тока покоя.
Из-за низкого КПД режим класса «А» рекомендуется использовать в каскадах предварительного усиления, а также в маломощных выходных каскадах.4.2. В режиме класса «В» рабочая точка задаётся при токе покоя I кп =0(на рис. 5.5а это РТ 2 ). Из временной диаграммы коллекторного тока(рис.5.5б) видно, что форма его далека от идеальной, то есть уровень нелинейных искажений по сравнению с режимом класса «А» резко возрос. НоКПД усилителя достаточно высокий за счёт малого тока покоя, поэтому режим класса «В» рекомендуется использовать в двухтактных выходных уси-8лителях средней и большой мощности, но надо отметить, что в чистом видеэтот режим используется редко. Чаще в качестве рабочего режима используется промежуточный режим − режим класса «АВ» в котором меньше нелинейные искажения. Угол отсечки коллекторного тока в режиме класса «В» видеальном случае θ В = 90 о, а в режиме класса «АВ» ─ θ АВ > 90 о.4.3.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
