М іністерство освіти і науки України

Технічний коледж

Національного університету водного господарства та

природокористування

Курс лекцій

з дисципліни:

"Електроніка, мікроелектроніка, схемотехніка "

(ІI частина. Підсилювачі)

для студентів спеціальності 5.092503

"Монтаж і обслуговування засобів і систем автоматизації технологічного виробництва"

Рекомендовано до друку

методичною радою

Технічного коледжу НУВГП

Протокол № ___

від «___» _______2008 р.

Рівне – 2008

Курс лекцій для вивчення першого розділу з дисципліни “ Електроніка, мікроелектроніка, схемотехніка ” студентами ІІІ курсу спеціальності 5.092503 “Монтаж і обслуговування засобів і систем автоматизації технологічного виробництва ” С.В. Бєлікова.- Рівне: - 2008р.- 52с.

Упорядник: С.В.Бєлікова, викладач.

Рецензент: Г.М. Федорук, викладач вищої категорії

Відповідальний за випуск: заступник директора з

навчально-методичної роботи Л.І. Васьковець

ЗМІСТ

Передмова…………………………………………………………..…………………..4

І ЧАСТИНА

ЕЛЕКТРОННІ ПІДСИЛЮВАЧІ

Лекція 1.Електронні підсилювачі…………….…………....…………………4

Лекція 2. …………………………………...…….…………………………….7

Лекція 3. Підсилювачі потужності….………………………………………15

Лекція 4. Фазочутливі підсилювачі……….…………..…………………….23

Лекція 5. Диференційні підсилювачі………………….................................28

Лекція 6. Операційні підсилювачі…………………………………………..47

Лекція 7. Маштабуючі підсилювачі………………………………………...50

Список рекомендованої літератури…………………...............................52

ПЕРЕДМОВА

Конспект лекцій призначений для вивчення першого розділу “Вступ. Елементи напівпровідникової електроніки“ з курсу “Електроніка, мікроелектроніка, схемотехніка“.. В конспективній формі сформульовані основні поняття та визначення основних термінів з курсу та довідкові дані. У кінці кожної лекції конспекту перераховані питання для самоконтролю для гарантованого рівня знань студента які , необхідні для отримання заліку.

АНАЛОГОВІ ЕЛЕКТРОННІ ПРИСТОРІЇ

Загальна характеристика перетворювачів електричних сигналів

Електричний сигнал представляє собою електричні процеси або різні електричні стани тих чи інших електричних систем, що несуть в собі повідомлення (інформацію). Електричні сигнали поділяються на аналогові та дискретні. Аналоговий (безперервний, неподільний) електричний сигнал представляє: собою плавну без стрибків функцію напруги або струму від часу (рис1.1.)

Рис.1.1. Аналоговий електитчний сигнал

Дискретні електричні сигнали - це сигнали дискретизовані за часом або квантовані за значенням. Дискретні електричні сигнали в свою чергу можна поділити на імпульсні та цифрові. Імпульсним називають сигнал, що відрізняються від постійного тільки деякий час. За формою імпульси можуть бути прямокутними, лінійно змінними, гауссові (рис.1.2.а) та інші. Цифрові сигнали мають, як правило, бінарне квантування за рівнем Uциф(t), (рис. 1.2.б)

Рис. 1.2. Дискретні електричні сигнали: а - імпульсні;

б – цифрові

сторінка 124 сканувати

5. Інтегруючі пристрої - це електронні пристрої, вихідна напруга (або струм) яких пропорційна інтегралу в часі від вхідної напруги (або струму)

Відповідно .

6. Диференціюючи пристрої - це електронні пристрої, вихідна напруга яких пропорційна похідній від вхідної напруги

7. Активні фільтри - це підсилювачі електричних сигналів, що мають вибіркові якості за частотою.

8. Магнітоелектричні перетворювачі електричних сигналів - це пристрої, що складаються з магнітних й електричних компонентів, які визначально впливають на їхні характеристики.

Нелінійні перетворювачі електричних сигналів мають коефіцієнт перетворення, який суттєво залежить від амплітуди вхідного сигналу. Їхня амплітудна характеристика суттєво нелінійна (рис1.4.).

Рис.1.4.. Амплітудні характеристик перетворювачів електричних сигналів

Нелінійними перетворювачами електричних сигналів є:

1. Підсилювачі з нелінійною амплітудною характеристикою (логарифмічною, антилогарифмічною, квадратичною та інші).

2. Амплітудні обмежувачі (просто обмежувачі) електричних сигналів - це функціональні перетворювачі, вихідна напруга яких пропорційна вхідній до певного значення, а при досягненні цього значення (яке називається рівнем обмеження) залишається незмінною.

3. Перемножувачі сигналів та пристрої виконання математичних операцій (добування кореня, ділення сигналів та ін,).

Детектори електричних сигналів (лат, detektor - розкриваючий) - це електронний пристрій, вихідний сигнал якого пропорційний значенню певного параметра вхідного сигналу.

Гармонічний сигнал характеризується такими параметрами: амплітуда, фаза та частота. Тому розрізняють такі детектори:

• амплітудний детектор - електронний пристрій, вихідний сигнал якого (напруга чи струм) пропорційний амплітуді вхідного сигналу (напруги чи струму);

• частотний детектор - електронний пристрій, вихідна напруга якого пропорційна частоті (чи відхиленню частоти від певного значення) вхідного сигналу;

• фазовий детектор - електронний пристрій, вихідна напруга якого пропорційна зсуву фаз між вхідним і опорним (еталонним) сигналом;

- часовий детектор - електронний пристрій, що формує вихідну напругу пропорційну зміщенню в часі двох сигналів.

Частотний, фазовий та часовий детектори ще називаються відповідно дискримінаторами, тобто розрізнювачами.

Лекція №2

Загальна характеристика підсилювачів електричних сигналів

Електронний пристрій, що забезпечує збільшення потужності електричних сигналів з мінімальними спотвореннями їх форми, називається підсилювачем електричних сигналів. Підсилювачі складаються з радіокомпонент, хоч один з яких повинен бути активним. Підсилення забезпечується за допомогою керування розподілом енергії джерела напруги живлення. Тому підсилювач необхідно обов'язково підключати до джерела електричної енергії.

Розвиток підсилювачів тісно пов'язаний зі створенням та вдосконаленням активних електронних приладів, здатних підвищувати потужність сигналу. У 1904 р. англійський вчений Д. Флемінг розробив електровакуумний діод, на базі якого був створений випрямляч, що став джерелом живлення. У 1907 р, американський інженер Лі де Форест сконструював ламповий тріод, на базі якого у 1908 р. створений перший ефективний електронний підсилювач. Перший напівпровідниковий підсилювач був створений радянським вченим О.В.Лосєвим у 1922р. на базі кристалічного діода.

Електронні підсилювачі — це пристрої, які збільшують потужність електричних сигналів за рахунок споживання енергії постійного струму.

Вони є одними з основних структурних елементів апаратури в області радіотехніки, електроавтоматики, телемеханіки, радіолокації й ін. Сигнали, одержувані від мікрофонів, датчиків і інших джерел вхідного сигналу, звичайно малопотужні (від 1 до 100 мв). Підсилювачі повинні збільшити цю потужність до значення (декількох вольтів), зручного для застосування.

У підсилювачах використовують здатність активних електронних елементів (транзисторів, ламп і ін.) до посилення.

При подачі на вхід підсилювача слабких сигналів U_вх у вихідному ланцюзі проходять струми, що створюють на опорі навантаження перепад напруги U_вых>U_вх Потужність вихідного сигналу зростає в порівнянні з потужністю вхідного сигналу.

Структурна схема в загальному вигляді.

Рис. 2.1. Структурна схема підсилювача електричних сигналів

Вхідний та вихідний опори визначаються відношенням напруги до струму:

• вхідний Zвx = Uвx/Івx

• вихідний опір Zвux = Uвux.x.x/ Івих.к.з.

Якщо вихідний опір підсилювача значно менший за вхідний, то забезпечується підсилення за струмом. Якщо вихідний опір підсилювача значно більший за вхідний, то забезпечується підсилення за напругою. Загалом, підсилювач може забезпечувати підсилення як за струмом, так і за напругою.

Принцип дії підсилювача базується на перетворенні енергії джерела живлення в енергію сигналу. Основну функцію перетворювача енергії в підсилювачі виконує активний підсилювальний елемент, здатний з невеликою вхідною енергією керувати значно більшою енергією джерела живлення.

Класифікація підсилювачів

1. По характеру підсилювальних сигналів:

1.1. гармонійні (тільки синусоїдальні);

1.2. імпульсні (тільки імпульсний сигнал);

1.3. постійного струму (для частот близьких до нуля герц);

1.4. радіотехнічні (змінного струму);

1.5. низькочастотні (НЧ) від 10 до 100 тисяч Гц.;

1.6. проміжно-частотні від 465 кГЦ до 10,7 Мгц;

1.7. високочастотні (ВЧ) для радіочастот з частотою від 1000 кГц і вище;

1.8. широкосмугові (застосовуються у вимірювальній техніці і осцилографах). Вони підсилюють в широкій смузі частот від 0додекількох Мгц;

1.9. вибіркові або селективні (підсилюють сигнал у вузькому діапазоні частот).

2. Залежно від типу перетворення сигналу:

2.1. прямого посилення (у них сигнал посилюється без перетворення по частоті);

2.2. підсилювачі з перетворенням частоти.

3. Залежно від призначення:

3.1. вимірювальні підсилювачі;

3.2. телевізійні підсилювачі;

3.3. антенні підсилювачі.

4. Залежно від типу підсилювальних елементів:

4.1. транзисторні;

4.2. лампові;

4.3. комбіновані.

5. По кількості підсилювальних каскадів:

5.1. однокаскадні;

5.2. багатокаскадні.