Методична розробка. Питання для самоконтролю

Питання для самоконтролю

1. Яке призначення підсилювальних пристроїв?

2. Як визначаються вхідний і вихідний опори підсилювача?

3. Поясніть коефіцієнти підсилення підсилювача,

4. Поясніть амплітудно-частотну характеристику підсилювача.

5. Поясніть нелінійні викривлення.

6. Поясніть режими підсилення класів А і В.

7. Яке призначення 33?

8. Поясніть одержання зміщення в схемах (2, с. 101,мал. 4.10а,б).

9. Поясніть схеми термостабілізації (2, с.103, мал. 4.12а,б).

10. Поясніть роботу схеми (2,с.104).

11. Поясніть роботу схеми (2, с. 106).

12. Поясніть роботу схеми (2, с. 709).

13. Поясніть роботу схеми (2.с. 117, мал. 4.23).

14. Поясніть роботу схеми (2, с.118).

15. Які види зворотнього зв'язку використовуються в підсилювачах?

8 Література для самостійної роботи:

Забродин Ю.С.Промышленая електроника. -М.:Высшая школа, 1982.

Криштафович А.К.. Трифонюк В.В, Основи промышленной електор-оники. -М.: Высшая школа, 1985.

Основи промислової електроніки. Під ред. Герасимова В.Г.-М.:Вища школа, 1986.

Атаржанян Т.М. Интегральные микросхемы. - М.: Энергоиздат, 1983.

Князев А.Д.Элементы теория и практика обеспечения электромагнитнойсовместимости радиоэлектронных средств. - М.: Ра-диосвязь, 1984.

Б.С. Гершунский. Основы электроники и микроэлектроники. - К., Высшая школа 1989.

Колонтаєвський Ю., Сосков А.Г. Електроніка і мікросхемотехніка: Підручник/За редакцією А.Г.Соскова- К: Каравела,2007.-384с.

Принципи побудови підсилювачів

Як правило, підсилювачі складаються із декількох каскадів, що ви­конують послідовне підсилення сигналу. При цьому загальне підсилен­ня становить

К = К1 • К2 •...Кn

Вхідні каскади та каскади попереднього підсилення виконуються у вигляді підсилювачів напруги

Мал. 1 - Структурна схема підсилювача змінного струму (а) та часові діаграми його вхідного (б) і вихідного (в) сигналів

Вихідні і каскади - кінцеві – є підсилювачами потужності або струму.

Підсилювачі відрізняються один від одного кількістю каскадів, ре­жимом роботи. Принцип побудови підсилювача сигналів змінного струму розглянемо на прикладі, пока­заного на мал. 1.

Основним елементом підсилювача є ПЕ (біполярний або польовий транзистор), який разом з резистором R та джерелом живлення по­стійного струму Е утворюють головне вихідне коло підсилювача.

Принцип підсилення полягає у перетворенні енергії джерела постійної напруги Е в енергію змінного вихідного сигналу шляхом зміни провідності ПЕ за законом, зумовленим формою вхідного сигналу.

Оскільки вихідне коло підсилювача живиться постійною напругою, у ньому може протікати струм лише однієї полярності. Для забезпечен­ня отримання підсиленого сигналу змінного струму необхідно задати його на фоні постійного сигналу U n, як це показано на мал. 5.4,в. При цьому для нормальної роботи підсилювача амплітудні значення вихід­них напруги та струму повинні бути меншими за постійні рівні напруги та струму.

U m ≤ U n; I m ≤ I n

Постійний рівень струму та напруги у вихідному колі задається по­дачею постійного рівня вхідної напруги.

Режим роботи підсилювача за постійним струмом називається ре­жимом спокою.

U вх n >U вх m; (I вх n >I вх m)

Він характеризується струмом спокою та напругою спокою вихідного кола. Щоб задати режим спокою, використовують спеціальні схеми зміщення напруги.

Вихідна напруга U вих подається на навантаження, яким зазвичай є наступний каскад підсилення. За такої побудови підси­лювача його навантаженням (корисним) є не резистор R, а вхідний опір наступного каскаду підсилення.

Основні режими (класи) роботи підсилювачів

Режим спокою (режим роботи за постійним струмом) характеризує клас роботи підсилюючого каскаду. Ним визначаються призначення, к.к.д., величина нелінійних спотворень (ступінь порушення пропор­ційності вхідного і вихідного сигналів) та інші параметри каскаду.

Найбільш широко застосовують три класи, які називають - А, В і С.

Мал. 2- Вихідна динамічна характеристика підсилювача в режимі класу А

При роботі підсилювача у режимі класу А точку спокою Р, якій відповідають струми І _ок, U _ок, І _об, вибирають посередині вихідної динамічної характеристики за постійним струмом, як показано на мал. 2 (транзистор увімкнений за схемою з СЕ). а₁б₁- ділянка активного режиму роботи транзистора, де нелінійні спотворення міні­мальні; к.к.д. η=0,25-0,3, бо в режимі спокою споживається значна потужність.

Тому клас А застосовують переважно у каскадах попереднього підсилення.

Якщо підсилювач працює у режимі класу В, точка спокою вибираєть­ся на межі між активним режимом та режимом відтинання: її положен­ня приблизно відповідає точці а₁ на рис. 2.б

В цьому режимі нелінійні спотворення великі, а к.к.д. η= 0,6÷0,7.

Вихідна динамічна характеристика підсилювача в режимі класів В і С

При роботі підсилювача в режимі класу С точка спокою Р лежить на ділянці Мал.3 -

відтинання а1а. У цьому разі θ ~ π/2, η ~ 0,85.

Класи В і С застосовують при побудові підсилювачів потужності, причому підсилення додатної та від'ємної півхвиль сигналу забезпечується у цьому разі окремими найпростішими каскадами, що являють собою єдиний каскад підсилення змінного струму.

Клас АВ є проміжним між класами А і В: має менші викривлення сигналу, ніж клас В, у якому вони обумовлені нелінійністю початкової ділянки вхідної характеристики транзистора, більш економічний, ніж клас А.

Кола зміщення підсилюючих каскадів

Щоб задати режим спо­кою каскаду, на його вхід необхідно подати певне значення постійної напруги, яка має на­зву напруги зміщення, а кола, що забезпечу­ють подачу цієї напруги, називаються кола­ми зміщення (робоча точка Р зміщується з положення, що відповідає І _б=0 в положення, обумовлене класом).

Існує два способи завдання початкової на­пруги: фіксованим струмом або фіксованою напругою.

Мал. 4– Зміщення допоміжним джерелом напруги

Перший спосіб реалізується за допомогою двох схем. Одну з них зображено на мал.4 (вважаємо джерело вхідного сигналу умовно закороченим).

умовно закороченим). У цій схемі напруга зміщення задається допо­міжним джерелом напруги Е, яке разом з опором R. утворює коло зміщення.

Параметри кола зміщення розрахову­ють за допомогою вихідної динамічної характеристики тран­зистора за постійним струмом, показаної на мал.5.8,б. Клас режиму роботи підсилювача ви­значає положення точки спокою Р, а отже, значення I ok, U ok, I oБ.

Знайшовши величину I oБ і користуючись вхідною характеристи­кою транзистора (мал. 5.8, а), визначають U ОБ. Після цього знаходять R Б:

Мал. 6 – Зміщення за одного джерела напруги

(5.4)

Мал. 5 – Динамічні характеристики транзистора за постійним струмом: а – вхідна, б - вихідна  

Схему зміщення фіксованим струмом бази за наявності одного джерела напру­ги зображено на мал..6. Режим спокою забезпечується напругою джерела Е К і опором R Б:

Спосіб завдання зміщення фіксованою напругою реалізується дільником напруги, як показано на мал. 5.10- резистори R1, R2. Для розрахунку параметрів дільника використовують такі співвід­ношення:

Остання схема знайшла найширше використання при побудові підсилюючих каскадів.

Мал. 7.– Зміщення фіксованою напругою

Температурна стабілізація підсилювачів

Положення точки спокою на вихідній характеристиці залежить від коефіцієнта передачі транзисто­ра за струмом. При підвищенні температури навколишнього середови­ща він зростає, при зниженні - зменшується.

В результаті положення точки спокою транзистора змінюється залежно від температури на­вколишнього середовища або при зміні транзистора на інший (коефі­цієнти передачі різних екземплярів транзисторів навіть одного типу можуть суттєво різнитися).

Переміщення (дрейф) точки спо­кою зі змінами температури навко­лишнього середовища показано на мал. 5.11.

Щоб забезпечити температурну стабілізацію режиму спокою застосовують кола температурної стабілізації.

У підсилювачах за схемою з СЕ для цього послідовно з емітером транзистора вмикається резистор R_е, шунтований конденсатором Се.

Розглянемо, яким чином резистор R_е стабілізує ре­жим спокою, скористав­шись рівняннями а також тим, що

Ud =const (задається діль­ником R1 R2, і від темпера­тури не залежить

звідки

Так, наприклад, при зростанні температури транзистора, збільшується його коефіцієнт передачі струму, що призводить до зростання колекторного струму спокою І_ок = h_21E І _оБ,, а отже, і струму емітера Падіння напруги на R_Е збільшується, а це, виходячи з (5.9), викликає зменшення U_оБ, що, у свою чергу, зменшить І _оБ, а значить, і І_ок, (приблизно до поперед­нього значення).

Таким чином, спроба відхилення І_ок „ від заданого значення припи­няється за рахунок наявності в схемі R_Е, яке у даному випадку здійснює від'ємний зворотний зв'язок за струмом.

Зрозуміло, що при зменшенні температури струм I_оk. також практич­но не змінить свого значення.

Конденсатор С_Е забезпечує вимкнення від'ємного зворотнього зв'яз­ку за вхідним сигналом.

Каскади попереднього підсилення

Каскад попереднього підсилення на біполярному транзисторі з СЕ

Найбільш розповсюджена схема каскаду попереднього підсилення на біполярному транзисторі з СЕ наведена на мал. 5.12.

Мал.9 –Каскад попереднього підсилення на біполярному транзисторі з СЕ

Розглянемо склад схеми та призначення елементів.

VT1 - біполярний транзистор - підсилюючий елемент.

Rн - навантаження, на якому виділяється підсилений сигнал. Rк - колекторне навантаження транзистора за постійним струмом.

Ек- джерело живлення.

Зазначимо: VT1 разом із Rк і Ек утворюють головне коло підсилюва­ча, в якому здійснюється підсилення сигналу. Решта елементів схеми

виконують допоміжну роль.

Дільник напруги R1,R2 задає режим спокою класу А, подаючи на вхід каскаду постійну напругу Uд

Rе Се - забезпечують температурну стабілізацію режиму спокою.

С1, С2, - розділяючи конденсатори: С1виключає потрапляння постій­ної напруги Uд на джерело вхідного сигналу; С2, виключає потрапляння постійної напруги на колекторі Uок на навантаження (конденсатори роз­діляють ланцюги за постійним струмом).

Вхідний сигнал, що підлягає підсиленню, подається на клеми (1)-(2):

едж - джерело вхідного сигналу;

Rдж - його внутрішній опір.

Для цієї схеми необхідно дотримуватись таких співвідношень:

де ωн - нижня гранця діапазону частот підсилюваного сигналу. Навантаження каскаду за змінним струмом

Такий підсилювач можна розрахувати аналітично за допомогою h-параметрів або на підставі фізичної моделі транзистора. Такий метод прийнятний за невеликих змін вхідного сигналу, коли транзистор працює на лінійних ділянках ВАХ.

Більш універсальним є графоаналітичний метод розрахунку, який проводиться по вихідній динамічній характеристиці транзистора за по­стійним струмом. Крім того, використовуються вихідні статичні ха­рактеристики транзистора.

Будується лінія навантаження за двома точками, що відповідають:

режиму Х.Х. транзистора - U_КЕ = Е_к при І_к = О,

режиму К.З. транзистора - І_к= Е_к/(R_к+ Rе) при Uке = 0.

аб - лінія навантаження за постійним струмом. За її допомогою зна­ходять положення точки спокою Р, яка для режиму класу А має лежа­ти посередині відрізка аб. Із вхідної характеристики знаходимо зна­чення Uоб. Тобто за допомогою лінії навантаження за постійним струмом, вхідної та вихідної характеристик транзистора знаходимо пара­метри, що характеризують транзистор за постійним струмом при едж = 0. Знаючи Uоб, можна розрахувати параметри дільника напруги R1,R2.

Щоб знайти вихідні параметри каскаду, необхідно використати лінію навантаження за змінним струмом.

Виходячи з того, що

з виразу (5.13) знаходимо

У вираз (5.14) підставимо (5.15) і (5.16). Одержимо

Це і є вихідна динамічна характеристика транзистора за змінним струмом.

За умови: и_к = Uок, маємо і_к = І_ок.

Багатокаскадні підсилювачі

Якщо один підсилюючий каскад не забезпечує потрібного рівня під­силення, то застосовують багатокаскадні підсилювачі.

Багатокаскадні підсилювачі з резистивно-ємнісними міжкаскадними зв'язкам

Найбільш широкого вжитку набули підсилювачі змінного струму з резистивно-ємнісними міжкаскадними зв'язками (з RС-зв'язками).

Вони мають добрі частотні властивості, невеликі габарити, високу надійність і тому широко використовуються як при створенні підсилю­вачів на дискретних елементах, так і в інтегральному виконанні. На мал. 9. наведена схема такого підсилювача.

(2) (4)

Мал.9 - Двокаскадний підсилювач з резистивно-ємнісним зв'язком

Підсилювач складається з двох каскадів підсилення, виконаних на транзисторах VT1 і VT2 за схемою з СЕ.

Вхідний сигнал після підсилення першим каскадом через конденса­тор С₂ надходить на вхід другого каскаду, з виходу якого підсилений вдруге через конденсатор С_} подається на навантаження R _h.

№10

Навчальна дисципліна Основи промислової електроніки та МПТ

Спеціальність Монтаж і експлуатація електроустаткування підприємств іцивільних споруд

для позааудиторної самостійної роботи

До теми:Підсилювачі потужності. Однотактні і двохтактні вихідні каскади.

1. Навчальна мета:

Ознайомити студентів з призначенням, принципом дії двухтактних підсилювачів потужності.

2. Студент повинен знати: - призначення однотактних і двуотактних вихідних

каскадів підсилення потужності;

- призначення елементів схеми;

- графічне пояснення роботи двохтактного

каскаду в режимі А.

3. Студент повинен вміти: - розрахувати схему двохтактного

підсилювача потужності;

- налаштувати режим роботи підсилювача.

4.Базові знання, необхідні для засвоєння теми:

Дисципліни	Знати	Вміти
ТОЕ	Теорію еленктричного кола	Вираховувати значення струму, напруги, потужності.

5.Орієнтовна карта роботи з літературою:

№	Навчальні завдання	Вказівки до завдання
1.     2.     3.	Призначення двохтактних вихідних каскадів підсилювача потужності.ю   Принцип дії двохтактного вихідного каскаду.   Режим роботи А, В, АВ.	Л – 1. ст. 261 мал.13.20     Л – 1. ст. 261 - 263     Л – 1. ст 263 - 266

Дата добавления: 2014-01-05