Краткие лекции по ЭиМ (1166441), страница 32
Текст из файла (страница 32)
2.43, б). Средний ток (постояннаясоставляющая) каждого из транзисторов с учетом обратного тока I&Таким образом, ток и мощность, потребляемые усилителем отисточника тока, соответственно равны:где Так же, как это делалось ранее для однотактного усиОглавлениеСледовательно, КПД двухтактного усилителя мощности в режимекласса Влителя мощности, определимДля идеального усилителя Пследовательно, теоретический КПД Vteop = ~т ~ 0,78. Реальный жеКПД составляет 0,6 + 0,7.Поскольку трансформатор является нежелательным элементомусилителей мощности, так как имеет большие габариты и вес, относительносложен в изготовлении, то в настоящее время наибольшее распространениенаходят бестрансформаторные усилители мощности.Бестрансформаторные усилители мощностиРассмотрим двухтактный усилитель мощности на биполярныхтранзисторахразличноготипапроводимости(комплементарныйэмиттерный повторитель, усилитель с дополнительной симметрией) (рис.2.45).
Транзисторы усилителя работают в режиме класса В. Припоступлениина вход усилителя положительной полуволны напряжения ивхтранзистор Т] работает в режиме усиления, а транзистор Тг — в режимеотсечки.Припоступленииотрицательнойполуволнытранзисторыменяются ролями. Так как напряжение между базой и эмиттером открытоготранзистора мало (около 0,7 В), напряжение ивых близко к напряжениюUgx- Однако выходное напряжение оказывается искаженным из-за влияниянелинейностейрассматриваемоговходныхусилителяхарактеристикмаксимальнотранзисторов.возможнаяДляамплитуданапряжения на нагрузке Um равна Е.
Поэтому максимально возможнаямощность нагрузки определяется выражениемОглавлениеМожно показать, что при максимальной мощности нагрузкиусилитель потребляет от источников питания мощность, определяемуювыражениемОтсюда получаем максимально возможный коэффициент полезногодействия усилителяДля уменьшения нелинейных искажений обеспечивают некотороеначальное смещение на входах транзисторов и тем самым переводят их врежим класса АВ (рис. 2.46). При этом коэффициент полезного действиянесколько уменьшается.Рассмотрим двухтактный усилитель мощности с операционнымусилителем (рис. 2.47).
В схеме использована общая отрицательнаяобратная связь (резисторы Rx и R2), охватывающая оба каскада (наоперационном усилителе и на биполярных транзисторах), благодарякоторой схема создает настолько малые нелинейные искажения, что ча-сто не требует дополнительных цепей смещения для каскада натранзисторах Тх и Т2. Поскольку напряжение на нагрузке /?н примерноравно напряжению на выходе ОУ, то мощность на выходе всего усилителяограничивается выходным напряжением ОУ.ОглавлениеАКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫФильтром называют устройство, которое передает (пропускает)синусоидальные сигналы в одном определенном диапазоне частот (в полосепропускания) и не передает (задерживает) их в остальном диапазоне частот(в полосе задерживания).
Естественно, фильтры используют для передачине только синусоидальных сигналов, но, определяя полосы пропускания изадерживания, ориентируются именно на синусоидальные сигналы. Зная,как фильтр передает синусоидальные сигналы, обычно достаточно легкоопределить, как он будет передавать сигналы и другой формы. Вустройствах электроники фильтры используются очень широко. Различаютаналоговые и цифровые фильтры. В аналоговых фильтрах обрабатываемыесигналы не преобразуют в цифровую форму, а в цифровых передобработкой сигналов осуществляют такое преобразование.Ниже рассматриваются аналоговые фильтры.
Такие фильтры строятна основе как пассивных (конденсаторов, катушек индуктивности,резисторов), так и активных элементов (транзисторов, операционныхусилителей). Для аналоговой фильтрации широко используют такжеэлектромеханические фильтры: пьезоэлектрические и механические. Впьезоэлектрических фильтрах используют естественный и искусственныйкварц, а также пьезокерамику. Основу механического фильтра составляет тоили иное механическое устройство.Важно различать требования, предъявляемые к фильтрам силовой иинформативной(информационной)электроники.Фильтрысиловойэлектроники должны иметь как можно больший коэффициент полезногодействия.
Для них очень важной является проблема уменьшениягабаритных размеров. Такие фильтры часто строят на основе толькопассивных элементов. К фильтрам силовой электроники относятсясглаживающие фильтры, рассматриваемые при изучении вторичныхисточниковпитания.Фильтрыинформативнойэлектроникичащеразрабатывают при использовании активных элементов. При этом широкоиспользуют операционные усилители.Фильтры, содержащие активные элементы, называют активными.Ниже рассматриваются активные фильтры, в которых обычно неиспользуютсякатушкииндуктивности.Поэтомуонимогутбытьизготовлены с применением технологии интегральных микросхем (катушкис большой индуктивностью не удается изготовить по указаннойтехнологии).Нередкоактивныефильтрыоказываютсядешевлесоответствующих фильтров на пассивных элементах и занимают меньшиеобъемы. Активные фильтрыспособны усиливать сигнал, лежащий в полосе пропускания.
Вомногих случаях их достаточно легко настроить. Укажем также и недостаткиактивных фильтров: использование источника питания; невозможность работы на таких высоких частотах, на которыхиспользуемые операционные усилители уже не способныусиливать сигнал.Общее математическое описание фильтровФильтры вообще и активные фильтры, в частности, являютсянастолько важными устройствами электроники, что вопросам их строгого,математического описания уделялось и уделяется самое серьезноевнимание.Публикуетсябольшоечислонаучныхстатейикниг,посвященных фильтрам. Для того, чтобы инженер или научный работникбыл в состоянии воспользоваться указанными источниками информации, атакже средствами автоматизированного проектирования, он должен хотя быв общих чертах знать особенности математического описания фильтров.Обычно фильтр анализируется как конечная линейная электроннаясхема с сосредоточенными параметрами.
Если реальная схема фильтраявляется нелинейной (например, содержит транзисторы или операционныеОглавлениеусилители), то при анализе она линеаризуется и затем рассматривается каклинейная.В соответствии с изложенным фильтр описывается обыкновеннымлинейным дифференциальным уравнением некоторого порядка п:ще х = x(t) — входной сигнал фильтра (обычно — входноенапряжение);у = y(t) — выходной сигнал фильтра (обычно — выходноенапряжение);аь / = 0,я; bh / = 0,т — вещественные коэффициенты.Для фильтров, которые могут быть реализованы, выполняетсясоотношение п> т.
Величину л называют также порядком фильтра. Если,например, л — 2, то говорят, что фильтр второго порядка.Необходимо отметить, что вместо записанного одного уравненияфильтр может быть описан линейной системой из л дифференциальныхуравнений первого порядка (системой дифференциальных уравнений вформе Коши). Показано, что величина л равна или меньше количествареактивных элементов (конденсаторов и катушек индуктивности) фильтра.Например, если в фильтре три конденсатора, то он может быть третьего илименьшего порядка. Инженеру нужно знать, что порядок фильтраопределяется количеством тех напряжений на конденсаторах и токовкатушек индуктивности, которые могут задаваться как начальныенезависимо друг от друга.Для примера обратимся к схеме, приведенной на рис. 2.48.Уже до составления одного дифференциального, уравнения илиэквивалентной системы дифференциальных уравнений можно сказать, чтоэто схема второго порядка, так как начальные напряжения при расчетепереходного процесса можно задавать независимо для двух из трехконденсаторов.где s — комплексная частота.Запишем передаточную функцию в следующем виде:Применим к приведенному выше уравнению прямое преобразованиеЛапласа и определим передаточную функцию T(s) как отношениеоператорного изображения Y(s) выходной величины к операторномуизображению X(s) входной величины:где К — вещественный коэффициент;Zi—Zm — корни полинома числителя (их принято называть нулями);Pi—Pn — корни полинома знаменателя (их принято называтьполюсами).Известно, что полюсы и нули могут быть или вещественными, иликомплексно-сопряженными.Оглавлениегде со — круговая частота, рад/с.
ПолучаемКак уже отмечалось, при описании свойств фильтров обычноориентируются на синусоидальные сигналы. При этом имеют в видуустановившийся режим работы. В такой ситуации широко используютчастотную передаточную функцию ДДо), которую получают из обычнойпередаточной функции при использовании подстановкиУкажем три характеристики, которые широко используются дляописания фильтров: амплитудно-частотная; фазочастотная; времени замедления (группового времени замедления).Амплитудно-частотнаяхарактеристикапредставляетсобойзависимость видаФазочастотная характеристика — это зависимость видаЗначение А (со) на некоторой частоте дает отношение действующих(и амплитудных) значений сигналов на выходе и входе фильтра. Напрактике широко используют амплитудно-частотную характеристику вдецибелах, которая представляет собой зависимость видаЗначение ф (со) на некоторой частоте является сдвигом по фазевыходной величины по отношению ко входной.Характеристика времени замедления — это зависимость видаВеличина т (со) — это время замедления (групповое).
Онохарактеризует сдвиг по времени выходной величины по отношению квходной.Наиболееширокоиспользуютамплитудно-частотнуюифазочастотную характеристики. Характеристика времени замедления ненесет принципиально новой информации по сравнению с фазочастотнойхарактеристикой, но является весьма полезной и используется достаточночасто. Для уяснения роли времени замедления при анализе фильтров краткорассмотрим проблему искажения формы сигнала, содержащего несколькогармоник, при прохождении его через фильтр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
