18-36 (540714), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Участок 1-2-3 явл-ся рабочим участком с лин-ым коэф-ом усиления. Амплитудная хар-ка не проходит ч/з начало коор-т из-за наличия на выходе U собственных шумов усил-ля. Участок ниже т.1 не используется, т.к. полезный сигнал здесь трудно отличить от U собственных шумов и помех усил-ля. По вел-не отношения Umin/Ku0 опред-ют чувствительность усил-ля. Шумовые св-ва усил-ля оценивают коэф-т шума F, показывающим во ск-ко раз отношение Р сигнала, к Р шумов на выходе усил-ля хуже этого же отношения. Для ненагруженного источника сигнала отношение max допустимого Uвых к min допустимому: D=Umax/Umin наз-ся динамическим диапазоном усил-ля. Наличие в усил-ле конденсаторов и завис-сть пар-ров транзисторов от частоты приводят к тому, что при изменении частоты вх-го сигнала U на выходе усил-ля изменяется по амплитуде и по фазе. Зав-сть фазового сдвига сигнала от частоты пред-ет собой ФЧХ(фазочастотная характеристика) усил-ля. ФЧХ не искажающего усил-ля должна пред-ть собой прямую линию. Нелин-ые искажения усил-ля связаны с нелинейностью хар-тик п/п приборов, на к-ых построен усил-ль. Нелинейные искажения существенное знач-е при больших амплитудах сигнала. Нелин-ые искажения приводят к появлению высших га-рмоник в вых-ом сигнале. Эти искажения оцениваются коэф-ом гармоник (коэф-т нелин-ых искажений) Кг = отношению действующего знач-я высших гармоник I2, I3 и т.д. в вых-ой цепи, к току основной гармоники I1: Кг=√I22+I32+…/I1. Усил-ль со стороны вх-ых зажимов хар-тся Rвх=dUвх/diвх, а со стороны вых-ых: Rвых. Важным пар-ром усил-ля явл-ся его КПД= отношению полезной Р на выходе Рвых к Р, потребляемой от источника питания Р0, т.е. η=Рвых/Ро. Вел-на КПД усил-ля опр-ся его вых-ми каскадами, т.к. в них происходит наибольшее потребление мощности от источника питания.
2
3. Обратные связи в усилителях. ОС в общем виде наз-ют передачу энергии из вых-ой цепи усил-ля в его вх-ую цепь. ОС м/б искусственной, вводимой для улучшения хар-ик усил-ля и повышения стабильности его работы, а также паразитной, возникающей за счет нежелательного влияния вых-ых цепей усил-ля на его вх-ые цепи. Сруктурная схема усил-ля с ОС: на рис k – коэф усиления усил-ля.
ǽ-коэф передачи цепи ОС.
Различают О
С по I и по U. ОС по U наз-ся такая ОС, при к-ой сигнал обратной связи пропорционален Uвых и исчезает при кор замыкании нагрузки. ОС по I пропорциональна Iвых и сохраняется при кор-ом замыкании нагрузки, т.к. сигнал ОС по I образ-ся на дополнительном резисторе, включ-ом в цепь Iвых. По способу подачи сигнала ОС во вх-ую цепь различают: 1) последов-ую ОС, когда во вх-ые цепи складываются U-я ОС и вх-го сигнала; 2) послед-ую ОС, когда во вх-ые цепи склад-ся I вх-го сигнала и I цепи ОС. Если при введении ОС коэф-т усиления возр-ет, то такая ОС наз-ся положительной (ПОС), если же коэф-т усиления умен-ся, то она наз-ся отрицательной (ООС). По кол-ву каскадов, охватываемых ОС, она делится на местную, действующую в одном каскаде и общую, охватывающую весь усил-ль или несколько каскадов. ОС м/б только по переменному I, только по пост I, а также по перем и пост I или U одновременно.
24. Усилитель на биполярном транзисторе на схеме с ОЭ. Усилительный каскад на бип-ом тр, включенном по схеме с ОЭ имеет вид:
Пост-ые составляющие токов и напряжений, т.е.(Iбп, Iкп, Uкэп) опр-ют так наз-ый режим покоя или рабочей точки (I и U покоя). В виду того, что Iк тр-ра может протекать только в одном направлении, необходимо, чтобы пост-ые составляющие токов и напряжений были не меньше перем-х составляющих. Резисторы Rб и Rк задают токи начального режима, т.е. токи покоя Iб и Iк. На резисторе Rк выделяется также и усиленное переменное U. Токи покоя: Iкп=(Eк-Uкэп)/Rк; Iбп=(Eк-Uбэп)/Rб≈Eк/Rб. т.е. величина Iб опр-ся Ек и Rб и остается практически неизменной при смене тр-ра, из-менении темп-ры и т.д.
Такая схема наз-ся схемой с фиксированным Iб. Конденсаторы Ср1, Ср2 явл-ся разделительными. Их сопротивления в раб-ем диапозоне частот должно быть значительно меньше соотв-но Rвх и Rн. Усил-ль работает след образом: пусть вх-ой сигнал имеет положительное прилож-е. В этом случае, складывая с Uбэ он уменьшит потенциал базы. Iб умен-ся, поэтому умен-ся Iк, а отриц-ое Uкэ увел-ся по абсолютной вел-не, т.е. приращение сигнала на выходе усил-ля противоположно по знаку приращ-я вх-го сигнала. Т.о каскад с ОЭ инвертирует фазу усиливаемого сигнала. Графический анализ схемы заключен в построении линий нагрузки на выходе ВАХ, т.е. зависимости Iк от U на колл-ре при опр-ой величине R рез-ра Rк (ж). Эта зав-сть линейна и строится по ф-ле: Iк=(Ек-Uкэ)Rк. При подключении нагрузки Rн ч/з разделительный конд-тор СR2 эквивалентная нагрузка опр-ся парал-ным соединением Rк и Rн2. Линия нагрузки для перем-го тока пройдет ч/з т.П куче линии нагрузки для пост-го тока, т.к. эквивал-ая нагрузка Rкн=Rк׀׀Rн<Rк. Величины Iк и Uвых будут опр-ся проекциями точек В′ и С′ на оси коор-т
25. Расчет усил-ля с ОЭ с помощью эквив-ной схемы в области средних частот. Эквивал-ая схема в области средних частот:
Генератор тока β Iб нагружен на 2 ׀׀-ые цепи: 1) rк*; 2) Rкн+rэ. Опред-им Iк, ответвляющийся в вых-ую цепь: Iк=βIб[rк*/(rк*+Rкн+rэ)]≈ ≈βrк*/(rк*+Rкн)∙Iб. Величина βе=β[rк*/(rк*+Rкн)] наз-ся эквив-ым коэф-том передачи по току в схеме с ОЭ. Тогда Iк=βеIб и эквивал-ая схема усил-ля принимает вид: (рисQ). В этой схеме в вых-ой цепи включен идеальный генератор тока, вел-на к-ого зав-ит от Rкн, при Rкн<<rк*, βе≈β, а при Rкн→∞ βе→0. Rвх каскада относительно зажимов тр-ра rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iб. Из схемы видно, что Uвх=Iб(rэ+rб)+βeIбrэ=Iбrб+Iб(βe+1)rэ, откуда rвх=Uбэ/Iб=rб+(βe+1)rэ. Со стороны зажи-мов источника вх-го сигнала, Rвх сниж-ся, т.к. вход усил-ля зашунтирован резистором Rб, т.е. Rвх=rвх ׀׀ Rб. Коэф-т усиления по току = отношению Iвых к Iвх: кi=Iвых/Iвх=Iк/Iб=βе при
РисQ
отсутствии рез-ра Rн. Если нагрузка подключена ч/з разделительный конденсатор, то Iвых следует считать ток нагрузки, протекающий ч/з Rн. Тогда коэф-т I по отношению к нагрузке: кiн=Iн/Iб=(Iн/Iк)∙(Iн/Iб)=βе[Rк/(Rк+Rн)] отсюда видно, что с ростом Rн, коэф кiн умен-ся. Усиление по от-ношению к току генератора вх-го сигнала: кiк=Iн/Iг=(Iн/Iг)∙(Iб/Iг)=βе[Rк/(Rк+Rн)∙R′г/(R′г+rвх)], где R′г=Rг ׀׀ Rб (Rг параллель с резистором Rб), а Rг – сопр эквив-ого источника тока Iг. Коэф. усиления по напряжению: KU=Uвых/Uвх=Iк∙Rкн/Iб∙rвх=βeR′кн/rвх=Ki∙Rкн/rвх. Коэф-т усил-я по отнош-ю к ЭДС вх-го сигнала: KUг=Uвых/Eг=Uвых/Uвх∙Uвх/Eг= =KU∙Uвх/Ег.
Eг=Iг(Rг+Rвх); Uвх/Eг=Iвх∙Rвх/Iг(Rг+Rвх)=Rвх/(Rг+Rвх)
Кuг=βeR/r∙ Rвх/(Rг+Rвх);Rвх=rвх║Rб при больших Rб, Rвх≈rвх, тогда Кuг≈βe∙[Rкн/(Rг+rб+rэ∙(βe+1))]=βe=Rкн/Rг+rвх. Коэф усиления по мощности: Кр=Рвых/Рвх=Uвых∙Iвых/Uвх∙Iвх=KU∙Ki.
При согласованном входе, т.е. когда Rг=Rвх, коэф-т усил-я по мощности: К′р=Рвых/(Ег∙Iг/4)= =4Кuг∙Kiг. Rвых усил-ля опр-ся со стороны зажимов резистора Rн при закороченном Ег и отключенном резисторе Rн. Из эквивал схемы видно, что Rвых опр-ся в основном ׀׀-ым соединением rк* и Rк, т.к. обычно rк*>>Rк, то в первом приближении можно считать, что Rвых≈Rк и составляет единица кОм. Полное выражение для Rвых имеет вид: Rвых=Rк║[rк*+rэ║rб/(β+1)]. Вывод: усил-ль с ОЭ обладает Rвх порядка единиц кОм или сотен Ом, Кu>>1, Кi>>1. Rвых на зажимах тр-ра имеет порядок rк*, а со стороны зажимов нагрузка Rвых≈Ru. Фаза Uвых противоположна фазе Uвх.
26. Усилитель по схеме с ОБ. – применяется как с двумя (рис. а), так и с одним (рис. б) источником питания.
В схеме б) база тр-ра не заземлена по переменному току ч/з конденсатор большой емкости Сб. Вх-ой сигнал подается на резисторе R, относит-но общей шины. Uвых снимается с колл-ра. В схеме а) резисторы Rк и Rэ задают токи покоя след-им обр-ом: Iкп=(Eк-Uкбп)/Rк; Iэп=(Eэ-Uэбп)/Rэ. Напряжение Еэ берется порядка единиц В. Поэтому Еэ>>Uэбп и Iэ≈Eэ/Rэ и сущ-но не меняется при смене тр-ра и изменении темп-ры окружающей среды, что обеспечивает стабильность Iк, т.к. Iк=αIэ+Iкбо, т.е. схема а) имеет большую темп-ую стабильность. При подаче на вход напряж-я полож-ой полярности, Uэб возрастает, след-но возрастают Iэ и Iк. При падении напряж-я на рез-ре Rк Uк увел-ся, а потенциал кол-ра относит-но общей шины становится менее отриц-ым, след-но напряж-е на колл-ре имеет положит-ое приращение, т.о. фазы вх-ых и вых-ых сигналов совпадают. Начальный режим схемы, т.е. точки покоя, выбирается по семействам вх-ых и вых-ых хар-тик. Эквивал-ая схема усил-ля с ОБ для области средних частот имеет вид: (в, г).
Для упрощения анализа в схеме в) преобразуем, заменив зависимый генератор αIэ, зашунтированный резистором rк≈1 мОм, идеальным генератором αеIэ, где αе=α(rк/(rк+ +Rкн)), схема примет вид, приведенный на рис г). Rвых относ-но зажимов тр-ра: rвых=Uвх/Iвх=Uвх/Iэ=1/Iэ(Urэ+ +Urб)=1/Iэ(Iэrэ+Iбrб)= =1/Iэ[Iэrэ+Iэ(1-αe)rб]=rэ+rб(1-αe). При работе усил-ля с токами в единицы мА (микрорежим) rвх резко увел-ся, т.к. rэ=φт/Iэ. При норм-х токах эмм-ра в ед-цы мА rвх растет с увел-ем Rкн. Когда Rкн→∞, αе→∞ и тогда rвх=rвхmax=rб+rэ. Для Iк=0, т.е. когда Rкн= =∞, rвх для схемы с ОБ будет = rвх для схемы с ОЭ, а связь м/у ними для Iк≠0 можно установить, разделив обе части выражения для rвх с ОБ (rвхоб) на вел 1/(βe+1)=1-αе, тогда: rвхоэ/(βe+1)=rб/(βe+1)+rэ=rэ+rб(1-αe)=rвхоб. Rвых на зажимах рез-ра нагрузки Rн опр-ся величиной колл-го резистора Rк, т.е. Rвых≈Rк. Усил-ль с ОБ при Iэ>>1мА имеет малое Rвх порядка десятков Ом Ri<1. Ku>>1, если Rкн>>rвх, Rвых со стороны зажимов нагрузки Rвых≈Rк, Uвх и Uвых совпадают по фазе.
27. Усилитель по схеме с ОК. Принципиальная(а) и эквивал(б) схема усил-ля с ОК для обл-ти средних частот имеет вид:
В схеме с ОК резисторы Rб и Rэ задают токи в режиме покоя. Напряж-е вх-го сигнала подается м/у базой и общей шиной, а вых-го снимается м/у эмм-ром и общей шиной. Колл-р по переменному току заземлен ч/з малое 
для перем I Rвнутр источника питания и явл-ся общей точкой для вх-ых и вых-ых цепей. В следствие такой подачи сигнала в схеме сущ-ет ООС(отрицательная обратная связь) по напряж-ю с коэф-ом передачи æu=1, т.к. Uбэ управляющее током тр-ра опр-ся разностью Uвх и Uвых: Uбэ=Uвх-Uос=Uвх-Uвых. Наличие Uос по напряжению опр-ет осн-е пар-ра усил-ля по схеме с ОК. При подаче положит-го приращения вх сигнала на базу тр-ра отн-но общей шины, Iб, Iк и Iэ умен-ся, умен-ся также падение напряж-е на Rэ по абсол-ой вел-не, т.е. Uвых схемы. Т.о. приращение вых сигнала имеет положит-ую полярность. Схема с ОК не инвертирует фазу усиленного сигнала. Осн пар-ры усил-ля: 1. rвх=Uвх/Iб, где Uвх=Iб∙rб+ +Iэ[(rэ+Rэн)║rк*]=Iбrб+ +Iб(β+1)∙[rк*║(rэ++Rэн)] откуда rвх=rб+ +(β+1)∙[rк*║(rэ+Rэн)], обычно rк*>>(rэ+Rэн), а Rэн>>rэ, поэтому выраж-е для rвх можно упростить: rвх≈rб+(β+1)Rэн . Пренебрегая первым слагаемым и учитывая, что β>>1, получим: rвх≈βRэн . С ростом Rен увел rвх, но при больших Rэн необ-мо учитывать rк*: rвх=β(Rэн║rк*). Если Rэн>>rк*, то rвх=βrк*, что в свою очередь прим-но равно rк=0,5-2 мОм. Это max возможная вел-на rвх в схеме с ОК. С учетом резистора Rвх схемы, применяют непосредственную связь каскада: Rвх=rвх║Rб. Для увел-я Rвх схемы применяют непосред-ную связь каскада источником сигнала (без резистора Rб), либо искусственно повышают Rб. 2. Коэф-т усиления по току. При rк*>>Rэн Ki=Iвых/Iвх=Iэ/Iб=β+1. 3. Коэф-т усиления по напряжению. При rк*>>Rэн, rэ<<Rэн, то KU=Uвых/Uвх=IэRэн/Iбrвх=(β+1)Rэн/rвх=[(β+1)Rэн]/[rб+(β+1)Rэн]. Из этой фор-лы видно, что KU≈1, но меньше ее. В связи с тем, что в схеме с ОК напряж-е на выходе повторяет вх-ой сигнал по вел-не и фазе, эту схему наз-ют эммиторным повторителем. Коэф-т усиления по напряж-ю по отношению к ЭДС генератора входного сигнала KUг=Uвых/Eг=Uвых/Uвх∙Uвх/Eг=[(β+1)Rэн/rвх]∙[(Rб║rвх)/Rг+Rб║rвх]= [(β+1)Rэн/rвх]∙[Rвх/(Rг+Rвх)]. Видно, что наличие Rг снижает КUг. 4. Rвых. Оно зависит от сопротивления источника сигнала и м/б найдена при rк*>>R′г , R′г=Rг║Rб по ф-ле: Rвых=rэ+(Rг′+rб)/(β+1), отсюда видно, что R′вых мало и увел-ся с ростом R′г. При больших значениях R′г необх-мо учитывать влияние rк*: Rвых=Rэ║[(R′г+rб)/ /(β+1)]║rк*+rэ]. Предельное знач Rвых в схеме с ОК будет при R′u→∞, оно=: Rвых≈Rэ║rк*≈Rэ, при Rэ<1кОм. 5. Кр=KU∙Ki≈Ki, т.е. КРок<<КРоэ. Вывод: схема с ОК имеет высокое Rвх (единицы-десятки кОм). Rвых при обычных Rг мало (десятки Ом). Фазы вх-го и вых-го напряж-я совпадают Кр≈Кi. Схема имеет стабильную вел-ну КU≈1 и большой диапазон вх-го сигнала за счет 100% ООС по напряжению.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
