Эмиттерный повторитель

Типовая схема однокаскадного усилителя на биполярном транзисторе, включенного по схеме с ОЭ

Память – это форма психического отражения, заключающаяся в закреплении, сохранении и последующем воспроизведении прошлого опыта, делающая возможным его повторное использование в деятельности или возвращение в сферу сознания.

Среди первых психологов, начавших экспериментальные исследования мнемических процессов, был немецкий ученый Г. Эббингауз, который, исследуя процесс запоминания разных словосочетаний, вывел целый ряд законов запоминания.

Память связывает прошлое субъекта с его настоящим и будущим – это основа психической деятельности. К процессам памяти относятся следующие:

1) запоминание – такой процесс памяти, в результате которого происходит закрепление нового путем связывания его с приобретенным ранее; запоминание всегда избирательно – в памяти сохраняется не все, что воздействует на наши органы чувств, а только то, что имеет значение для человека или вызвало его интерес и наибольшие эмоции;

2) сохранение – процесс переработки и удержания информации;

3) воспроизведение – процесс извлечения из памяти сохраненного материала;

4) забывание – процесс избавления от давно полученной, редко используемой информации.

Одной из важнейших характеристик является качество памяти, которое обусловлено:

♦ скоростью запоминания (количество повторений, необходимых для удержания информации в памяти);

♦ скоростью забывания (время, в течение которого запомнившаяся информация хранится в памяти).

Для классификации видов памяти (рис. 13) существует несколько оснований: по характеру психической активности, преобладающей в деятельности, по характеру целей деятельности, по продолжительности закрепления и сохранения информации и др.

Рис. 13. Классификация видов памяти

Работа разных видов памяти подчиняется некоторым общим законам.

Закон осмысления: чем глубже осмысление запоминаемого, тем легче последнее закрепляется в памяти.

Закон интереса: интересное запоминается быстрее, потому что на это затрачивается меньше усилий.

Закон установки: запоминание происходит легче, если человек ставит перед собой задачу восприятия содержания и его запоминания.

Закон первого впечатления: чем ярче первое впечатление от запоминаемого, тем прочнее и быстрее его запоминание.

Закон контекста: информация легче запоминается, если ее соотнести с другими одновременными впечатлениями.

Закон объема знаний: чем обширнее знания по определенной теме, тем легче запоминается новая информация из данной области знаний.

Закон объема запоминаемой информации: чем больше объем информации для одновременного запоминания, тем хуже она запоминается.

Закон торможения: всякое последующее запоминание тормозит предыдущее.

Закон края: лучше запоминается то, что сказано (прочитано) в начале и конце ряда информации, хуже запоминается середина ряда.

Закон повторения: повторение способствует лучшему запоминанию.

В психологии в связи с изучением памяти можно встретить два термина, очень похожих друг на друга, – «мнемический» и «мнемонический», значения которых различны. Мнемический означает «имеющий отношение к памяти», а мнемонический – «имеющий отношение к искусству запоминания», т. е. мнемоника – это приемы запоминания.

История мнемоники уходит корнями в Древнюю Грецию. В древнегреческой мифологии говорится о Мнемозине, матери девяти муз, богине памяти, воспоминаний. Особенное развитие мнемоника получила в XIX в. в связи с получившими теоретическое обоснование законами ассоциаций. Для лучшего запоминания были предложены разнообразные приемы мнемоники. Приведем примеры.

Метод ассоциаций: чем больше возникает разнообразных ассоциаций при запоминании информации, тем легче информация запоминается.

Метод связок: объединение информации в единую, целостную структуру с помощью опорных слов, понятий и т. д.

Метод мест основан на зрительных ассоциациях; ясно представив предмет запоминания, нужно мысленно объединить его с образом места, который легко извлекается из памяти; например, для того чтобы запомнить информацию в определенной последовательности, необходимо разбить ее на части и каждую часть соотнести с определенным местом в хорошо известной последовательности, например маршрутом на работу, расположением мебели в комнате, расположением фотографий на стене и т. д.

Общеизвестен способ запоминания цветов радуги, где начальная буква каждого слова ключевой фразы является первой буквой слова, обозначающего цвет: каждый – красный

охотник – оранжевый

желает – желтый

знать – зеленый

где – голубой

сидит– синий

фазан – фиолетовый

Внимание – это произвольная или непроизвольная направленность и сосредоточенность психической деятельности на каком-либо объекте восприятия. Пожалуй, лишь понятие "интерес" употребляется так же часто, как и понятие "внимание". Нередко они понимаются как синонимы, что психологически вполне объяснимо.

В чем причина такого отношения психологов к проблеме внимания и к самому понятию "внимание"? Анализ трудностей проблемы внимания привел психологов к заключению, что "в основе самых разных взглядов на природу внимания лежат два кардинальных факта:

1. Внимание нигде не выступает как самостоятельный процесс. И для себя, и внешнему наблюдению оно открывается как направленность, настроенность и сосредоточенность любой психической деятельности, следовательно, только как сторона или свойство этой деятельности.

2. Внимание не имеет своего отдельного, специфического продукта. Его результатом является улучшение всякой деятельности, к которой оно присоединяется.

Природа и сущность внимания вызывают разногласия в психологической науке, среди психологов в отношении его сущности нет единого мнения. Сложности объяснения феномена внимания вызваны тем, что оно не обнаруживается в «чистом» виде, оно всегда «внимание к чему-либо». Одни ученые считают, что внимание не является независимым процессом, а является лишь частью любого другого психологического процесса. Другие полагают, что это самостоятельный процесс, имеющий свои особенности. Действительно, с одной стороны, внимание включено во все психологические процессы, с другой стороны, у внимания есть наблюдаемые и измеримые характеристики (объем, концентрация, переключаемость и др.), которые непосредственно к остальным познавательным процессам не относятся.

За вниманием всегда стоят потребности, мотивы, цели, установки субъекта. В желаниях, эмоциях и чувствах проявляется определенное отношение человека к миру, к другому человеку. Это отношение находит свое выражение во внимании. Предметы и явления действительности, отвечающие потребностям и интересам субъекта, вызывают его внимание. Изменение отношения субъекта к объекту вызывает изменение внимания, выражается в изменении ясности и отчетливости содержания, на котором сосредоточено сознание субъекта.

Следовательно, внимание выражает взаимоотношения субъекта и объекта (человека и мира). Внимание является необходимым условием овладения любыми видами деятельности. Оно зависит от индивидуально-типологических, возрастных и других характеристик человека. В зависимости от активности личности выделяют три вида внимания (рис. 14).

Рис. 14. Классификация видов внимания

Непроизвольное внимание – наиболее простой вид внимания. Его часто называют пассивным, или вынужденным, так как оно возникает и поддерживается независимо от сознания человека. Непроизвольное внимание вызывают динамические особенности - мерцающий свет, прерывистые звуки и т.п. Сильным побудителем непроизвольного внимания является необычность, новизна предметов и явлений. Пока не исчерпан элемент новизны, внимание можно удерживать достаточно долго. Однако самое необычное, оригинальное, новое становится со временем обыденным и привычным.

Произвольное внимание управляется сознательной целью, связано с волей человека. Его еще называют волевым, активным или преднамеренным. Произвольное внимание связано с сознательно поставленными целями, с волевыми усилиями. Мы заставляем себя направить наше внимание на то, что нам надо, на то, что мы должны выполнить. Произвольное внимание есть акт нашей воли; оно предполагает сознание цели и планирование наших действий.

Произвольное внимание есть результат сознательной активности субъекта. Оно вызывается и определяется особенностями потребностей, интересов, желаний и чувств субъекта. Иерархия мотивов и целей во многом объясняет и особенности произвольного внимания.

Послепроизвольное внимание также носит целенаправленный характер и первоначально требует волевых усилий, но затем сама деятельность становится настолько интересной, что практически не требует от человека волевых усилий для поддержания внимания.

Внимание обладает определенными параметрами и особенностями, которые во многом являются характеристикой человеческих способностей и возможностей. К основным свойствам внимания обычно относят следующие:

концентрированность – это показатель степени сосредоточенности сознания на определенном объекте, интенсивности связи с ним; концентрированность внимания предполагает образование временного центра (фокуса) всей психологической активности человека;

интенсивность – характеризует эффективность восприятия, мышления и памяти в целом;

устойчивость – способность длительное время поддерживать высокие уровни концентрированности и интенсивности внимания; определяется типом нервной системы, темпераментом, мотивацией (новизна, значимость потребности, личные интересы), а также внешними условиями деятельности человека;

Устойчивость внимания зависит от особенностей материала, степени его трудности, понятности, отношения к нему субъекта. Важным условием поддержания устойчивости внимания являются чередования напряжения и расслабления, а также возможность снятия чрезмерного напряжения.

объем – количественный показатель объектов, находящихся в фокусе внимания (у взрослого человека – от 4 до 6, у ребенка – не более 1–3); объем внимания зависит не только от генетических факторов и от возможностей кратковременной памяти индивида, имеют также значение характеристики воспринимаемых объектов и профессиональные навыки самого субъекта;

распределение – способность сосредоточивать внимание на нескольких объектах одновременно; при этом формируется несколько фокусов (центров) внимания, что дает возможность совершать несколько действий или следить за несколькими процессами одновременно, не теряя ни одного из них из поля внимания;

переключение – способность к более или менее легкому и достаточно быстрому переходу от одного вида деятельности к другому и сосредоточению на последнем. Быстрая или медленная переключаемость зависит от целого ряда условий. Она зависит от содержания предшествующей и последующей деятельности: если последняя более интересна, то переключение осуществляется легко. Огромную роль здесь играет темперамент индивида: существуют различия в динамике переключения у представителей различных темпераментов. У утомленного человека переключение внимания замедлено.

На принципиальной схеме усилителя на биполярном транзисторе VТ, включенного по схеме с общим эмиттером (рис. 3.5), обозначено:

♦

Рис. 3.5

Е_с, R_с и Е_п, R_вт - источники входного сигнала и питания транзистора с соответствующими внутренними сопротивлениями;

U_вх - напряжение входного сигнала;

R_Б1, R_Б2 - резисторы делителя напряжения питания U_п (обычно напряжение U_п = 10÷30 В), предназначенные для установки тока базы І_Б; транзистора (по постоянному току), т. е. рабочей точки (точки покоя) на линии нагрузки;

R_Э - резистор обратной отрицательной связи транзистора VТ по постоянному току, подбором сопротивления которого обеспечивается температурная стабилизация его режима усиления. Так, при увеличении температуры возрастают постоянные составляющие токов коллектора І_К и эмиттера І_Э и происходит падение напряжения R_ЭІ_Э. В результате напряжение U_БЭ уменьшается, что вызывает уменьшение
тока базы І_Б, и, следовательно, тока І_К, стабилизируя его;

Сэ - конденсатор большой ёмкости (десятки микрофарад), шунтирующий сопротивление резистора R_Э по переменному току, что исключает ослабление усиливаемого сигнала по переменному току цепью обратной связи;

R_К - нагрузочный резистор, сопротивление которого ограничивает ток коллектора І_К транзистора VТ;

С₁ и С₂ - разделительные конденсаторы входной и выходной цепей, обеспечивающие гальваническую развязку усилителя по постоянному току (предотвращающие прохождение постоянной составляющей тока от источника сигнала к усилителю и от усилителя к нагрузке).

Для удобства анализа работы усилителя отдельно рассматривают его схемы замещения по постоянному (рис. 3.6) и переменному току (рис. 3.8).

В режиме работы усилителя по постоянному току для получения наименьших нелинейных искажений усиливаемого сигнала рабочую точку а (рис. 3.7) выбирают посередине рабочего участка bc линии нагрузки по постоянному току, описываемой уравнением:

где

Линию нагрузки строят следующим образом. Из приведенного уравнения следует, что при І_Кп = 0, Uк_п = U_п, а при Uк_п = 0, І_Кмах = U_п / R_К. Через две найденные точки проводят прямую (нагрузочную) линию. Задав ток базы в режиме покоя І_Бп,

находят на пересечении линии нагрузки по постоянному току с выходной характеристикой транзистора при І_Б = І_Бп точку покоя а (Uк_п, І_Кп).

Сопротивление резистора рассчитывают по формуле

Приближенно токи покоя коллектора и эмиттера в рабочей точке а рассчитывают по формулам:

Напряжение покоя эмиттера .

Сопротивления а ёмкость где fc -частота входного напряжения U_вх

В режиме работы усилителя по переменному току принимают

пренебрегают также внутренним сопротивлением R_вт и ёмкостью С_п, источника питания, т. е. источник питания в схеме замещения замыкают накоротко (рис. 3.8,а).

Таким образом, в схеме усилителя с ОЭ усиливается ток и напряжение входного сигнала.

Пользуясь графиками, изображенными на рис. 3.7, нетрудно определить входное сопротивление и коэффициенты усиления каскада:

Следует обратить внимание, что положительному полупериоду входного напряжения U_вх соответствует отрицательный полупериод выходного напряжения U_К ~ U_вых. Иначе говоря, между входным и выходным напряжениями существует сдвиг фаз, равный 180°, т. е. схема усилителя с ОЭ является инвертирующим устройством, усиливающим и изменяющим фазу входного напряжения на 180°.

Обычно рассмотренный тип усилительного каскада работает в режиме усиления слабых сигналов (постоянные составляющие тока базы и коллектора существенно

превосходят аналогичные переменные составляющие). Эти особенности позволяют использовать аналитические методы расчета параметров усилительного каскада на низких частотах по известным h-параметрам транзистора (рис. 3.8, 6), полагая, что транзистор работает в линейном режиме. При этом сигнал, поданный на вход усилителя, практически не искажается на его выходе.

Наличие в усилителе междуэлектродных ёмкостей транзистора и монтажных ёмкостей приводит к возникновению частотных искажений усиливаемых сигналов в области высоких частот.

При подаче на вход усилителя синусоидального сигнала большой амплитуды возникают искажения выходного сигнала, основной причиной которых является нелинейность входных и выходных характеристик транзистора.

Как отмечалось, при расчёте усилительного каскада в области верхних частот учитывают ёмкость С_К -коллекторного р-п -перехода, условно включаемую между коллектором и базой.

Входное сопротивление определяют по формуле

Входное сопротивление усилительного каскада на биполярном транзисторе с ОЭ обычно имеет значение порядка нескольких сотен ом. Выходное сопротивление обычно на порядок больше входного. Это обстоятельство необходимо учитывать при подключении к усилителю высокоомного источника сигнала (Rс >>R_вх) и низкоомной нагрузки (Rн ≤ R_К )

В этом случае при расчете основных параметров усилительного каскада учитывают сопротивления Rс и Rн:

Реальный коэффициент усиления по напряжению К_и всегда меньше коэффициента усиления, не нагруженного усилителя (Rн» R_К). Эта разница тем заметнее, чем больше выходное сопротивление и меньше сопротивление нагрузки Rн.

На практике реальный коэффициент усиления каскада К_и может достигать нескольких сотен, а коэффициент усиления по мощности К_р=К_иК_і в схеме с ОЭ - нескольких тысяч.

Усилительные каскады на полевых транзисторах работают аналогично усилителям, собранным на биполярных транзисторах, если учесть, что управляющим сигналом усилителя на полевом транзисторе является напряжение затвора U₃, а коэффициент усиления по напряжению усилителя с общим истоком (с ОИ) при Rд» Rс (Rд - дифференциальное выходное сопротивление транзистора)

где - крутизна стоко-затворной характеристики транзистора; Rс и Rи - сопротивления резисторов, включенных в цепи стока и истока транзистора усилителя.

Вследствие высокого входного сопротивления усилителей на полевых транзисторах можно использовать разделительный конденсатор С₁ небольшой ёмкости.

В каскаде, собранном на биполярном транзисторе с общим коллектором, называемым эмиттерным повторителем, выходное напряжение U_вых (через разделительный конденсатор С₂ снимается с резистора R_Э, включенного в цепь эмиттера (рис. 3.9, а).

При отсутствии сигнала U_вх на входе в цепи базы протекает ток покоя

Значения сопротивлений резисторов R_Б1, R_Б2 выбирают такими, чтобы рабочая точка в режиме покоя находилась примерно посередине рабочего участка входной характеристики транзистора VТ.

При подаче переменного входного сигнала U_вх появляется переменная составляющая эмиттерного тока І_Э которая создает на резисторе R_Э выходное напряжение

Составим систему уравнений эмиттерного повторителя (рис. 3.9.б) при Rн» R_Э. В схеме замещения резисторы базовой цепи R_Б1 и R_Б2 учтены резистивным элементом

Согласно первому закону Кирхгофа для узла Э схемы имеем

по второму закону Кирхгофа для контура, состоящего из входной и выходной цепей:

Решая совместно эти два уравнения, получим выражения для входного тока и коэффициента усиления по напряжению:

из которых следует, что коэффициент усиления по напряжению К_и меньше единицы, откуда название усилителя - эмиттерный повторитель.

Учитывая, что коэффициент формулу можно упростить:

При этом Входное сопротивление значительно больше входного сопротивления транзистора h₁₁ и достигает нескольких десятков и сотен килоом. С учетом сопротивлений резисторов R_Б1, R_Б2 результирующее сопротивление повторителя

Выходное сопротивление имеет значение порядка нескольких единиц или десятков ом.

Таким образом, эмиттерный повторитель обладает большим входным и малым выходным сопротивлениями, что упрощает согласование высокоомного источника сигнала и низкоомной нагрузки с усилительным устройством.

Дата добавления: 2014-01-05