1. Усилительные устройства. Классификация, основные определения.

ИС - источник сигнала, ИС - усилительные устройства, ИП - источник питания, P1-мощность ИС, P2-мощность нагрузки, P0-мощность ИП.

Процессом усиления является преобразование ИС или мощности ИС в мощность нагрузки посредством ИП.

Мощность ИП - постоянная, P2 и P0 - мощность переменного тока.

Все УУ делятся:

По роду применяемых элементов: ламповые, полупроводниковые, магнитные, ёмкостные, молекулярные.

По назначению: усилители напряжения, усилители тока, усилители мощности.

По характеру элементов, включённых в анодную цепь лампы или коллекторную цепь транзистора: резисторные, дроссельные, трансформаторные, резонансные, полосовые.

По абсолютной величине и ширине диапазона усиливаемых частот: усилители низкой частоты - УНЧ (до 20кГц), усилители высокой частоты - УВЧ (выше 100кГц), усилители средней частоты (от 20 до 100кГц), усилители постоянного тока (работает с токами до 10^-16 А), широкополосные усилители (10 Гц - 1 МГц), резонансные усилители (очень узкая полоса частот усиления), полосовые усилители (одинаковое усиление в некоторой полосе частот).

Параметры усилителей:

Входное напряжение характеризуется: амплитудой, формой кривой, спектральным составом.

Входное сопротивление - сопротивление переменному току R_вх.тр=τ_б+(1+β)τ_э : входной цепью (типом транзистора), амплитудой входного сигнала, формой кривой, спектральным составом подводимого напряжения.

Выходным напряжением - напряжением на нагрузке.

Выходным сопротивлением: внутренним сопротивлением усилителя (если каскад одиночный, то внутреннее сопротивление - сопротивление коллектора).

Входной мощностью - P потребляемая нагрузкой усилителя.

Номинальная входная мощность - max выходная P при оговорённой величине искажённой формы сигнала.

Коэффициент передачи (усиления)

K_U=U_вых/U_вх ; K_i=I_вых/I_вх ; K_p=P_вых/P_вх , где U_вых - напряжение на нагрузке, U_вх - напряжение от источника сигнала, I_вых - ток на нагрузке, I_вх - ток источника сигнала, P_вых - мощность на нагрузке, P_вх - мощность от источника питания.

Диапазон усиливаемых частот - область частот, в пределах которой коэф. усиления меняется не больше, чем это задано техническим условием. Обычно условие выбирают, чтобы изменение K_U по напряжению не превосходил от 1 до 3 Дб. Или в указанной полосе частот K_U не менялся от 13 до 30% по сравнению с номинальным.

Частотная характеристика определяет зависимость коэф. передачи каскада от частоты усиливаемых сигналов и характеристика этой зависимости представляется графиком.

Нелинейные искажения усилителя: изменение формы кривой U_вых по сравнению с формой кривой U_вх, вызванные наличием в усилителе нелинейных элементов (радиолампы, транзистора, катушки с сердечником, трансформатора).

Фазовые искажения - наличие сдвига фаз между U_вх и U_вых -реактивными элементами (конденсаторами, катушками индуктивности).

КПД: ƞ=P_вых/P₀ , где P₀ - мощность ИП.

3. Стабильность типовых схем.

ток базы задаётся делителем R1||R2, который в свою очередь жёстко фиксирует потенциал эмиттера и в данных условиях Iэ не может иметь больших приращений и не может сильно изменяться. Чем меньше делитель, тем меньше зависит потенциал базы от изменения Iб и тем лучше стабилизация. Rэ/Rб .

Низкоомный делитель невыгоден, т.к. растёт расход мощности от ИП и шунтируется Вх сопротивление каскада, увеличивая сопротивление эмиттерной цепи, может увелисить сопротивление базового делителя. Rэ ограничивает напряжение на эмиттерном переходе. В данной схеме делитель подключен к коллекторной цепи и напряжению, питающей делитель меняется при изменении потенциала на коллекторе и Iк. Изменение Iкб меньше чем (R1+R2)/Rк, тем больший выигрыш в стабильности. Такой низкоомный делитель улучшает стабильность в 2-3 раза, снижает усиление каскада и Rвх

2. Выбор рабочей точки, ее стабильность

РТ выбирается по вых хар-кам транзистора, т.е. в режиме покоя усилителя, когда нет входного сигнала, надо выбрать РТ.

РТ - совокупность тока покоя коллектора и напряжения покоя коллектора. I_КП - ток покоя коллектора, U_КП - напряжение покоя коллектора.

Через заданную точку проходят две линии нагрузки. Одна наз. статическая, которая определяется сопротивлением коллекторной цепи R_к и динамическая, которая определяется делителем, стоящими на входе. R_к||R_н .

Через данную точку при прохождении 2-х нагрузочных прямых должно выполнятся 2 основных условия: 1) U_К>U_m (напряжение в точке покоя должно быть больше напряжения в рабочей точке). 2) I_К>I_m. Эти условия должны выполняться для того, что бы параметры транзистора могли быть постоянными для максимального входного сигнала. 3) U_К+U_m<U_{К доп} сумма напряжений в точке покоя и входное напряжение сигнала должно быть меньше допустимого значения напряжения в коллекторной цепи. 4) U_i*I_К<P_{К доп} мощность должна быть меьше допустимого значения мощности в коллекторной цепи.

При прохождении Вх сигнала, R_вых, состоящее из параллельных R_К и R_Н, уменьшает сопротивление коллекторной цепи => ток в колл.цепи увеличивается и уменьшается напряжение на коллекторе.

R_вых=(R_КR_Н)/(R_К+R_Н)

Пересечение 2-х нагрузочных прямых определяет положение РТ, которая должна лежать левее Uк.доп и ниже гиперболы Pк.доп. После того, как РТ выбрана, надо обеспечить её в реальной схеме с помощью источника питания, смещения и режимных резисторов. Т.к. наибольшее распространение имею каскады с общим эмиттером, то рассмотрим эквивалентную схему и рассмотрим в ней ЭДС 3-х электродов с пом. внешних и внутренних параметров

В данной схеме под i_б понимают собственное сопротивление базы, R_б - делитель, стоящий на входе, iэ - сопротивление эмиттерного перехода, Rэ - сопр обратной связи в каскаде (термостабилизация), iн - сопротивление коллекторной ёмкости, Rк - сопротивление коллекторной цепи.

При значении тока меньше 50мА, сопротивление резко становится равным 0.

ɣ_б (1.1)

ɣ_б - коэф токараспределения, уоторыфй показывает, какая часть коллекторного тока ответвляется в базу.

ɣ_б=R_э/R_э+R_б в динам режиме, ɣ_б=i_э/i_э+i_б в стат режиме(1.2)

(1.3);

(1.4);

(1.5);

E_эб=E_б+E_э суммарное внешнее ЭДС в контуре ЭБ (1.7)

R_эб=R_э+R_б суммарное сопротивление в том же контуре (1.8)

(1.9)

U_эб=E_пэк-I_кR_к находят по вх хар-кам при токах эмиттера в точке покоя U коллектора в т. покоя . Eпэк - напряжение покоя между Э. и К.

ɣ_б ток базы (1.11)

ток коллектора (1.12)

в дан. расчётах отсутствует:

ЭДС коллектора и Rк. Они не влияют на коллекторный ток, т.к. включены последовательность генератором тока.

-Eк=-IкRк+Uкб+Uб (1.13)

-Eк=-IкRк+Uкэ+Uэ (1.14)

Ток коллектора, Uкб на переходе к.б. и Uкэ - координаты РТ

U_б=-E_б+I_бR_б (1.15)

Uэ=Eэ-IэRэ (1.16)

I_б и I_э явл функциями коллекторного тока

Iк=βI_б+ (1.17)

Всякое смещение РТ хар-ся приращениями.

∆Uкп=Iкп-Rк (1.18)

Большие приращения могут привести к нелинейным искажениям, а так же к частичной или полной отсечке сигнала, если РТ попадает в область насыщения, стабилизирует её обратной связью по постоянному току. На стабильность РТ влияют осн. причины: тепловой ток коллектора, напряжение на эмиттерном переходе, коэф передачи базового тока β.

Все они зависят от температуры и подвергаются временному дрейфу. Приращение коллекторного тока: (1.19)

S=β/1+βɣ_б коэф нестабильности (1.20)

Для получения max стабильности любая схема должна быть Rэ>>Rб