3.1. Тестові завдання
3.1.1. Яка схема є схемою електронного підсилювача з послідовним від’ємним оберненим зв’язком за струмом:
а)
б)
в)
г)
3.1.2. При введенні частотно-незалежного послідовного від’ємного ОЗ за напругою відбудеться:
а) зменшення величина вхідного опору;
б) збільшення величини фазочастотних спотворень;
в) зменшення величини коефіцієнта частотних спотворень;
г) збільшення величина вихідного опору.
3.1.3. Яка схема є схемою із загальним оберненим зв’язком:
а) б)
в)
г)
3.1.4. Яким виразом визначається величина коефіцієнта підсилення двокаскадного підсилювача, охопленого місцевими оберненими зв’язками:
а)
б)
в)
г)
3.1.5. За якою формулою визначається величина амплітудо-частотних спотворень:
а)
б)
в)
г)
3.1.6. Яку роль відіграє резистор Re в даній схемі:
а)
реалізує паралельний від’ємний ОЗ за
струмом;
б) реалізує
послідовний від’ємний ОЗ за напругою;
в) реалізує
паралельний від’ємний ОЗ за напругою;
г)
реалізує послідовний від’ємний ОЗ за
струмом.
3.1.7. Як впливає обернений зв’язок на величину аплітудно – частоних спотворень:
а) зменшує величину аплітудно-частотних спотворень;
б) збільшує величину аплітудно-частотних спотворень;
в) величина аплітудно-частотних спотворень залишається незмінною.
3.1.8.
У випадку місцевого оберненого зв’язку
відносна зміна коефіцієнта підсилення
дорівнюватиме:
а) відносній зміні власного коефіцієнта підсилення, поділеній на глибину оберненого зв’язку;
б) відносній зміні власного коефіцієнта підсилення, помноженій на глибину оберненого зв’язку;
в) відносній зміні власного коефіцієнта підсилення;
г) нулеві.
4. Режими роботи підсилювальних елементів
4.1. Класифікація режимів
У залежності від величини постійної напруги на керуючих електродах (напруги зміщення) та амплітуди сигналу існують принципово різні режими роботи транзисторного каскаду, які прийнято називати класами підсилення. Від величини зміщення залежить постійний струм, що протікає у вихідному колі за відсутності підсилюваного сигналу. Цей струм називається струмом спокою. Режим роботи підсилювального елемента відображається точкою на наскрізній характеристиці підсилювального елемента. Розрізняють такі основні (базові) режими роботи підсилювальних елементів: A, B, C, D, E.
У режимі А робоча точка P знаходиться на середині лінійної ділянки наскрізної характеристики підсилювача (рис.47).
Рис. 47. Осцилограми сигналів при роботі підсилювального елемента
в режимі А
У цьому режимі струм у вихідному колі підсилювального елемента протікає протягом усього періоду зміни напруги вхідного сигналу. Амплітуда вихідного струму не може перевищувати струм спокою I0. Середнє значення вихідного струму Iсер ≈ I0 і практично не залежить від амплітуди вхідного сигналу. Даний режим характеризується найменшою величиною коефіцієнту нелінійних спотворень сигналів. Проте коефіцієнт корисної дії каскаду в даному режимі – найменший з усіх режимів. Причина низького ККД – великий струм спокою, причому навіть за відсутності сигналу. У зв’язку з цим даний режим використовується в основному в каскадах попереднього підсилення, де енергетичні параметри відіграють другорядну роль, а визначальним є параметр правильності відтворення сигналу.
У випадку режиму В робоча точка знаходиться на нижньому лівому кінці наскрізної характеристики (рис. 48).
Рис. 48. Осцилограми сигналів при роботі підсилювального елемента
в режимі В
Для цього режиму величина кута відсічки складає π/2. Під кутом відсічки розуміють половину тієї частини періоду вихідного сигналу, вираженого в кутових одиницях, впродовж якої у вихідному колі протікає струм.
У режимі В за відсутності сигналу струм спокою I0 ≈ 0, каскад не споживає енергії від джерела живлення. При поданні сигналу середнє значення струму в колекторному колі
Iсер ≈ 0,318 Iамп.
При цьому ККД каскаду в режимі В може досягати 75%, що набагато перевищує аналогічний параметр у режимі А.
Основний недолік режиму В – значні нелінійні спотворення, пов’язані з тим, що підсилюється тільки один півперіод сигналу. Коефіцієнт гармонік досягає 40 % і більше. У потужних підсилювачах, для яких важливо забезпечити високий ККД, використовують режим В, але для зменшення нелінійних спотворень будують каскади за двотактною схемою. Два підсилювальних елементи каскаду по черзі підсилюють додатну й від’ємну півхвилі сигналу, а в їх спільному навантаженні виділяється сумарний, майже неспотворений сигнал. Недоліком режиму слід вважати великі нелінійні спотворення, які не можуть бути скомпенсовані й у двотактному каскаді. Це пояснюється тим, що сигнали низького рівня проходять через підсилювач класу B зі спотворенням. Вказаний ефект призводить до виникнення у двотактних каскадах специфічних спотворень, які одержали назву спотворень типу “сходинка”.
Режим С передбачає наявність на вхідному електроді підсилювального елемента такого зміщення, яке забезпечує кут відсічки вихідного струму θ < π/2 (рис. 49). Струм спокою при цьому дорівнює нулю, а ККД каскаду може досягати приблизно 100%. Даний режим має обмежене використання в аналогових електронних пристроях. Його доцільно використовувати у тому випадку, коли навантаженням підсилювального елемента є резонансна ланка, наприклад у резонансних підсилювачах та пристроях генерування і формування радіосигналів. Саме завдяки наявності цієї ланки зі спотвореного сигналу виділяється сигнал основної гармоніки.
Режимом D, або ключовим, називається такий режим, при якому підсилювальний елемент під час роботи знаходиться практично тільки у двох станах: закритому – при цьому вихідний струм дорівнює нулю, або відкритому – при цьому спад напруги на підсилювальному елементі майже дорівнює нулю. У даному випадку забезпечується високий коефіцієнт корисної дії (90% і більше), проте виникає необхідність попереднього перетворення підсилюваного сигналу на послідовність імпульсів.
Рис. 49 . Осцилограми сигналів при роботі підсилювального елемента в режимі С
Інформація про амплітуду сигналу закладена в тривалості імпульсів (випадок широтно-імпульсної модуляції – ШІМ) або в частоті їх слідування (частотно-імпульсна модуляція– ЧІМ).
Рис. 50. Осцилограми сигналів при роботі підсилювального елемента
в режимі АD
У чистому вигляді режим D не використовується. В основному використовуються режими AD (рис. 50) та BD (рис.51).
Для забезпечення режиму AD використовуються відносно прості електронні схеми. Режим BD реалізується за допомогою складних двотактних схем з подвійним керуванням підсилювальними елементами.
Рис. 51. Осцилограми сигналів при роботі підсилювального елемента
в режимі BD
Режим Е передбачає залежність величини напруги живлення підсилювача від амплітуди підсилюваного сигналу.
Рис. 52. Осцилограми сигналів при роботі підсилювального елемента
в режимі E
При цьому більшій амплітуді вхідного сигналу буде відповідати більша величина напруги живлення (рис. 52).
Високий ККД режиму Е може бути забезпечений за допомогою двотактних схем із кутами відсічки .
Реалізація режиму Е можлива за наявності джерела живлення, керованого напругою. Режим Е забезпечує незалежну від амплітуди підсилюваного сигналу ефективність використання напруги джерела живлення. Ефективність використання напруги живлення характеризується таким параметром:
У випадку режимів A, B, C цей параметр зменшується зі зменшенням амплітуди підсилюваного сигналу. Водночас ефективність використання колекторної напруги не залежить від амплітуди підсилюваного сигналу у випадку режиму D і частково у режимі E .
До комбінованих режимів роботи підсилювальних елементів належать такі: AB, AD, BD, BE і т.п.
Рис. 53. Осцилограми сигналів при роботі підсилювального елемента
в режимі АВ
У випадку режиму AB робоча точка знаходиться на нижньому кінці лінійної ділянки наскрізної характеристики підсилювача (рис.53); кут відсічки θ > π/2.
У двотактних схемах режим AB забезпечує найбільш низький коефіцієнт нелінійних спотворень.