L_8 (1075844)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Лекция № 8.Усилители мощностиОбратные связи в усилительных каскадах.Каскодные схемы.План1.2.3.4.Введение.Усилители мощностиОбратные связи в усилительных каскадахКаскодные схемы.1. Введение.В этой лекции мы рассмотрим несколько тем, но все они связаны междусобой тем, что все относятся к основам аналоговой схемотехники.2. Усилители мощности.Тема «Усилители мощности» выделена в программе для самостоятельного обучения, но особенности этого типа усилителей мы проработаемвместе.Усилители мощности ─ это выходные усилительные каскады многокаскадного усилителя в электронных устройствах. При проектировании усилителя мощности на первый план выдвигаются два параметра ─ КПД (коэффициент полезного действия) и уровень нелинейных искажений, который оценивается коэффициентом нелинейных искажений.КПД оценивается отношением полезной мощности (выделенной в нагруке) к затраченной (потребляемой от источника).Коэффициент нелинейных искажений (КНИ) ─ это корень квадратныйиз отношения суммарной мощности высших гармоник на выходе усилителя кмощности первой гармоники.

Если сопротивление нагрузки одинаково длявсех гармоник, то мощности пропорциональны квадратам токов или напряжений. В этом случае коэффициент нелинейных искажений можно выразитьтаким образомКНИ =∑ I 2m∑ U 2mUI1, где m ─ номер гармоники, начиная со второй.1Допустимое значение КНИ определяется конкретными требованиями копределённой электронной аппаратуре. КНИ можно оценить по известнойпередаточной характеристике (графически), или же экспериментально с помощью специального измерительного прибора.Основная задача, которую ставит перед собой разработчик усилителеймощности, ─ обеспечить необходимую мощность и передать её в нагрузку.Поэтому, в какой-то степени, усилитель мощности ─ это пример силовойэлектроники.

Но реальный усилитель мощности, в первую очередь, ─ этоустройство информативной электроники: в таких устройствах основная задача ─ снизить мощность обрабатываемых сигналов до такого уровня, при котором помехоустойчивость устройства ещё приемлема.

И лишь во вторую ─устройство, которое содержит элементы и силовой электроники: в таких устройствах такую задачу ставить нельзя. При проектировании схем усилителеймощности следует помнить об этом различии.К величине коэффициента усиления по напряжению особых требованийнет: как правило, он чуть больше единицы. Усиление мощности происходитза счёт усиления по току.+E+ERсм1VT1UвхVT2 RнUвыхUвхVD1VT1VD2VT2 RнUвыхRсм2-EРис.8.1.-EРис.8.2В выходных усилителях мощности должны использоваться каскады смалым выходным сопротивлением, а вводимые в схему цепи ООС должныбыть только по напряжению.

По этой причине схемы усилителей мощностистроятся по двухтактным схемам. Такие схемы дают хороший выигрыш и помощности. На рис.8.1 дана схема двухтактного усилителя мощности на биполярных транзисторах, работающего в режиме кл.«В», а на рис.8.2 усилитель,поставленный в режим кл.«АВ».Такие усилители находят большее применение, чем с трансформаторным выходом: там, где трансформатор на первое место выходит проблемагабаритов и веса устройства в целом.

Поэтому мы будем рассматривать только бестрансформаторный усилитель мощности (рис.8.1 и рис.8.2). Эти схемыможно назвать комплементарными эмиттерными повторителями. В схемахусилителей используются комплементарные пары: транзисторы VT 1 и VT 2имеют разную структуру.Транзисторы в схеме на рис.8.1 поставлены в режим кл.

«В» (смещениене задано). Рассмотри работу усилителя мощности по схеме на рис.8.1. вэтом режимеКогда на входе действует положительная полуволна синусоидальногосигнала, то в режим усиления вступает транзистор VT 1 , а транзистор VT 2 ─в режим отсечки. При действии отрицательной полуволны транзисторы меняются ролями. Входные ВАХ транзистора носят нелинейный характер (лекция №3, рис.3.2а), поэтому выходной сигнал будет с искажениями.

В идеальном случае максимально возможная амплитуда напряжения на выходе U вых =Е к , а потому максимально возможная мощность, выделенная в нагрузке видеальном случаеUP= mн.макс  2  221= E .R2RннПри такой максимальной мощности в нагрузке усилитель потребляетмощность от источника питания2E 2=.Pпотр. макс π R нОпределим КПД усилителя мощностиηВ=P полезнаяP затраченная=PнPпотр=π4≈ 0,78 = 78%.В режиме кл. «В» в схеме не задана РТ (угол отсечки тока коллектора вэтом режиме равен 900).

В этом режиме хороший КПД, но большой уровеньнелинейных искажений. Чтобы уменьшить нелинейные искажения в выходном сигнале, изначально задают небольшое напряжение смещения и, такимобразом, переводят усилитель в режим кл. «АВ» (рис.8.2). В режиме кл.«АВ» нелинейные искажения уменьшаются, но несколько уменьшается иКПД усилителя.В схеме усилителя (рис.8.2) применяются цепи смещения ─ резисторыR см1 , R см2 совместно с диодами VD 1 и VD 2 образуют нелинейные делителинапряжения.

Диоды в данном случае обеспечивают дополнительную стабилизацию параметров усилителя в режиме покоя.Транзисторы VT 1 и VT 2 в усилителе включены по схеме эмиттерногоповторителя, тем самым, обеспечивая усилителю малое выходное сопротивление.КПД усилителя определяется по формулеη=Рполезная = 0,5U вых.макс I вых.макс ,гдеEIР затраченнаясрU вых.макс и I вых.макс ─ амплитуды напряжения и тока в нагрузке;I ср ─ среднее значение тока каждого транзистора..EсRвдRсСвдVT3RсмVT2Rд1VT1UвхСвыхUвыхRнRд2Рис.8.3.При проектировании усилителей мощности нередко в качестве выходных используют схемы составных транзисторов как одинаковой, так и разнойпроводимости. Это позволяет существенно уменьшить мощность предвыходного усилителя, а это положительно сказывается на параметрах всегоэлектронного устройства.Эти принципы используются и при проектировании усилителей мощности на полевых транзисторах (рис.8.3).

От усилителей мощности на биполярных транзисторах такие схемы отличаются меньшим уровнем нелинейныхискажений и большой температурной устойчивостью.3. Обратные связи в усилительных каскадах.Обратной связью называется такая электрическая связь между выходом и входом усилителя, при которой часть энергии усиленного сигнала свыхода усилителя подается обратно на его вход, усиливая или подавляявходной сигнал.1.2. В лекции 5 мы уже затрагивали вопрос об отрицательной обратнойсвязи по постоянной составляющей тока в усилителе на момент, когда требовалась защита положения РТ на ВАХ от температуры окружающей среды. Впрактике усилительных устройств используются обратные связи (ОС) и попеременной составляющей тока.

Причём ОС могут быть не только отрицательными (ООС), но и положительными (ПОС). Например, все операционные усилители работают с ООС, а компараторы и автогенераторы ─ с ПОС.Положительные результаты действия ООС в усилителях:• ООС уменьшает искажения и помехи, вносимые усилительным каскадом в (1+βК) раз, где «К» ─ коэффициент прямой передачи (коэффициентусиления по напряжению без ООС);• ООС позволяет получить более равномерную амплитудно-частотнуюхарактеристику;• ООС делает работу усилителя более устойчивой.Отрицательные результаты действия ООС в усилителях:• ООС сильно уменьшает коэффициент усиления по напряжению;• ООС вынуждает увеличивать число усилительных каскадов для получения нужного коэффициента усиления.Обратная связь может быть паразитной или полезной.Паразитная ОС нарушает нормальную работу усилителя, а возникаетона в результате взаимного влияния цепей друг на друга.

Например, еслиусилитель, рассчитанный на работу в диапазоне низких частот, перевести врежим усиления напряжения высокой частоты, то за счёт связи выходной цепи со входной через проходную ёмкость «коллектор-база» часть усиленноговыходного напряжения попадает на вход в фазе со входным сигналом. Усилитель может перейти в режим генератора (паразитное самовозбуждениеусилителя) ─ это случай паразитной ПОС.Полезная ОС способствует улучшению основных характеристик усилителя, а возникает она в результате применения специальных схем.Чтобы часть энергии усиленного сигнала с выхода усилителя передатьна вход, необходимо между входом и выходом включить элемент обратнойсвязи (ЭОС), или иначе − схему цепи обратной связи.Обратная связь в усилителях может быть как по напряжению, так и потоку: это зависит от того, как подключена цепь обратной связи к нагрузке навыходе усилителя. Кроме того, по способу подключения напряжения ОС кисточнику входного усиливаемого сигнала различают параллельные и последовательные ОС.2.1.

Последовательная обратная связь по напряжению.Последовательная ОС по напряжению (рис.8.4) ─ это когда напряжениеобратной связи (Uос) будет изменяться пропорционально выходному напряжению, а по отношению к входному сигналу напряжение ОС подключаетсяпоследовательно с источником входного сигнала (U с ).2.2. Параллельная обратная связь по напряжению.Параллельная обратная связь по напряжению (рис.8.5) ─ это когда напряжение обратной связи (Uос) будет изменяться пропорционально выход-ному напряжению, но по отношению к входному сигналу напряжение ОСподключается параллельно с источником входного сигнала (U с ).UвхUвыхУсилительUcUосUвыхUвхУсилительUcZнUосЭОСZнЭОСРис.8.4.Рис.8.5..2.3.

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.

Список файлов лекций