
- •Конспект по электронике Оглавление.
- •Система обозначений некоторых изделий электрической технике.
- •Цифробуквенная система обозначения пассивных элементов на принципиальных схемах и на изделиях.
- •Буквенное обозначение точности резисторов и конденсаторов:
- •Плоскостной электронно-дырочный переход.
- •Система обозначения отечественных и импортных полупроводниковых приборов (диодов, тиристоров, транзисторов, электронных микросхем)
- •Фотоэлектрические и излучающие в видимом, ик и уф диапазоне полупроводниковые приборы. Полупроводниковые лазеры. Оптоэлектронные пары. Их применение. Системы динамической индикации
- •Излучающие полупроводниковые приборы.
- •Фазовое управление тиристора:
- •Динисторы имеют нормированное напряжение включения анод – катод.
- •Igbt (бтиз) транзисторы.
- •Тепловой шум (Джонсона).
- •Дробовой шум.
- •3) Шум 1/f (фликкер - шум).
- •Транзисторный источник тока
- •Каскодный источник тока.
- •Токовые зеркала.
- •Упрощенная принципиальная схема оу:
- •Формирователи и генераторы импульсных сигналов на оу. Компараторы, триггеры Шмитта. Генераторы линейно-измеряющегося напряжения на оу
- •Однотактные и двухтактные усилители мощности.
- •Типы частотных характеристик фильтров.
- •Фильтры Салена и Кея с равными компонентами.
- •Расчет фильтров
- •Звено Рауха
- •Универсальные фильтры.
- •Каскадные соединения фильтров.
- •Каскад с открытым коллектором.
- •Сравнительные характеристики серии логических микросхем.
- •Двоичные сумматоры. Одноразрядные двоичные сумматоры. Параллельные многоразрядные сумматоры. Структурные схемы, особенности работы. Основные параметры.
- •Однотактный таймер.
- •Многотактный таймер.
- •Мультивибраторы на однотактном таймере.
- •Мультивибраторы с регулируемыми длительностями импульсов и пауз.
- •Мультивибратор с регулируемой скважностью.
Тепловой шум (Джонсона).
Любой резистор генерирует на своих концах шум напряжений. У него горизонтальный частотный спектр (одинаковая мощность шума на всех частотах). Шум с горизонтальным спектром называется «белым шумом».
,
где k
- постоянная Больцмана; Т
- абсолютная температура в кельвинах;
R
– сопротивление; В -
полоса частот, Гц.
Например, резистор с R=10 кОм, при комнатной температуре в полосе пропускания В=10 кГц имеет среднеквадратичное напряжение шума в разомкнутой цепи порядк Uш = 1,3 мкВ. Для уменьшения теплового шума можно уменьшить температуру резистора.
Дробовой шум.
Электрический ток представляет собой движение дискретных зарядов, а не плавное непрерывное течение. Конечность заряда приводит к статистическим флуктуациям тока, определяемым по формуле:
,
где
q-
заряд электрона,
;
I n.т – постоянный ток, проходящий через резистор;
B – ширина полосы частот измерения.
Значение этого шума (в % - м отношении) тем меньше, чем выше ток.
3) Шум 1/f (фликкер - шум).
Дробовой и тепловой шумы – это неуменьшаемые в данных условиях виды шума, происходящие вследствие действия физических законов. Самый дорогой резистор имеет тот же тепловой шум, что и дешевый углеродный резистор с таким же сопротивлением.
Реальные
источники имеют различные источники
шумов: флуктуации сопротивления,
порождающие дополнительные напряжения
шума, пропорциональные протекающему
току. Этот шум зависит от
конструкции резистора, резистивного
материала и, в особенности, от концевых
соединений. Шум
имеет спектр 1/f
(постоянная мощность на декаду частоты),
иногда его называют «розовый
шум».
4) Шум тока базы транзистора и шум катодного тока в электронных лампах.
Биполярные транзисторные усилители могут обеспечить очень хорошие шумовые параметры в диапазоне от 200 Ом до 1 МОм, при токе коллектора менее 1 мкА.
При больших сопротивлениях источника >100 кОм преобладает шум тока транзистора, поэтому лучшим устройством для усиления сигнала с шумом будет ПТ, хотя у него шум напряжения больше чем у БПТ, но ток затвора и его шум исчезающе малы.
При очень малых сопротивлениях < 50 Ом всегда будет преобладать шум напряжения транзистора и коэффициент шума будет неудовлетворительным. Лучше использовать трансформатор для увеличения уровня и сопротивления источника сигнала.
Для БПТ основное значение имеет шум
тока входного, для ПТ – шум напряжения
(у них нет входного тока), т.е. при
предпочтительно использовать БПТ, при
-ПТ, в диапазоне
транзистор выбирается по дополнительным
характеристикам, при
с
целью минимизации шумов желательно
использовать сигнальные трансформаторы.
С целью уменьшения шумов используется
параллельное соединение БПТ. Шумы при
этом уменьшаются в
раз,
где
количество
параллельно соединенных БПТ.
С целью устранения помех по цепям питания используются помехоподавляющие фильтры, проникающих из атмосферы – различные виды экранирования.
С помощью замкнутых объемов со стенками из материала с высокой проводимостью, мы можем практически полностью экранировать приемник от электростатических помех.
Магнитную составляющую помехи исключить невозможно. Ее можно только уменьшить путем экранирования с использованием материала с высокой магнитной проводимостью (например, пермаллой).
Очень важную роль играет заземление.
Помехи бывают продольные и поперечные.
Подавление продольных помех очень эффективно осуществляется продольным трансформатором – режекторным дросселем.
Здесь по отношению к полезному дифференциальному сигналу трансформатор не является индуктивным сопротивлением благодаря встречному включению обмоток, а продольным синфазным помехам он оказывает индуктивное сопротивление.
Схема полезна для подавления ВЧ помех, когда в качестве сердечника используется небольшое ферритное кольцо, в которое один или несколько раз продевается витая пара сигнальных проводов.
Помехи, порождаемые магнитными полями, пропорциональны площади пересекаемого переменным магнитным потоком контура и зависит от ориентации этого контура по отношению к источнику наводки.
ЭДС, наводимая полем будет создавать поперечную наводку, поэтому дифференциальный вход не помогает.
В схемах 1 – 6 цепи заземлены с двух сторон, возвратные токи источника сигнала проходят через шину земли полностью или частично, поэтому площадь контура велика.
В схемах 7 – 11 проводник возвратного тока расположен близко к сигнальному, поэтому подавление выше.
В схемах 1 – 2 магнитного экранирования нет, т.к. контур не изменился по сравнению с простым проводником. Такое заземление обеспечивает экранирование от электрического поля.
Заземление обоих концов дает малый эффект.
Усилительные каскады на ПТ и БПТ. Статистический режим работы усилительного каскада, выбор рабочей точки, схемы задания напряжения смещения БПТ. Расчет по постоянному и переменному току каскадов с ОЭ и ОК. Сравнительный анализ каскадов ОЭ, ОК, ОБ. Каскад с ОЭ как преобразователь напряжение-ток, фазоинверсный каскад. Усилительные каскады на ПТ, схемы задания напряжения смещения, особенности их работы и включения. Динамическая нагрузка, источник тока, токовые зеркала и отражатели тока на ПТ и БПТ. Ослабление влияния температуры и эффекта Эрли. Токовое зеркало Уилсона, выходное сопротивление источника тока. Области применения
Каскад усиления переменного тока по схеме ОЭ построен на биполярном транзисторе n-p-n. Расчет каскада сводится к выбору точки покоя на статической линии нагрузки, определению величин Rк и RБ по заданным параметрам нагрузки, например, Um вых и Rн, и напряжению источника питания Eк.
Выбранная точка покоя должна обеспечить требуемую величину тока в нагрузке, напряжения на нагрузке без нелинейных искажений и удовлетворять предельным параметрам транзистора. Поэтому ток покоя:
I
кпImнUm
вых/Rн
Напряжение покоя обычно выбирается Uкэп=Eк/2, чтобы обеспечить максимальное выходное напряжение без искажений.
Уравнение статической линии нагрузки
Iк=
Л
инию
нагрузки можно построить в координатах
Iк, Uкэ по
двум точкам. Одна из них - точка покоя
П, координаты которой определены.
Вторая может быть получена согласно
уравнению - если принять Iк=0,
то Uкэ=Eк.
Построение статической линии нагрузки
показано на рисунке справа (линия ав).
Чтобы обеспечить заданный режим покоя, надо рассчитать величины Rк и RБ:
;
При работе каскада в режиме холостого
хода и
рабочая точка перемещается по
статической линии нагрузки в обе стороны
от точки покоя. Амплитуда переменной
составляющей напряжения коллектор-эмиттер
или равного ей выходного напряжения не
может быть больше Eк/2.
При работе каскада на нагрузку в коллекторную цепь параллельно Rк включается Rн. Поэтому режим работы каскада меняется. Рабочая точка перемещается по динамической линии нагрузки, уравнение которой
;
Динамическая линия нагрузки должна проходить через точку покоя П (частный случай - iкэ=0). Вторую точку можно получить, задавшись приращением iк и подсчитав изменение напряжения Uкэ относительно координат точки покоя. Динамическая линия нагрузки показана на рисунке (c-d). Очевидно, что угол между осью Uкэ и динамической линией нагрузки тем больше, чем меньше Rн (при Rн=0 он составит 90). В связи с этим предельная амплитуда выходного напряжения Uвых пр с уменьшением Rн становится меньше Eк/2. Это может вызвать появление нелинейных искажений. Если заданное значение Um вых, больше, чем Uвых пр, чтобы избежать нелинейных искажений, надо сместить точку покоя. Увеличивают Iкп и анализ повторяют.
Динамические параметры каскада:
;
;
.
Расчёт каскада с общим эмиттером по постоянному и переменному току.
Расчёт может осуществляться либо слева направо, либо справа налево. Слева направо.
Дано: Rg = 1кОм
U = 20В
h21 = 100
kU = 20
fн = 200
δн = 6дБ
Найти: R1, R2, Rк, Rэ1, Rэ2, Rн,C1,2, C3.
По постоянному току:
1.
Шина питания по постоянному току эквипотенциальна земле (через Сф)
2. Rвх = Rэ1h21 = 10Rд = 100k => Rэ1 = 1кОм
3. Rэ/Rк = 0,1 – 0,3 => Rк = 5.1кОм
4. RH=l0Rвых = 51кОм
(Rвых = Rкб||Rк)
5. Uк = Uп/2=>Iк = Uп/2·1/Rк = 2мА
6. Uэ = IэRэ1 = 2В
7. Uб =Uэ+ 0,6 = 2,6В
8. R1/R2 = 17,4/2,6 = 6,7
9.
=>
R2
= 77/6.7 = 11кОм = 12кОм
R1 = 75кОм = 82кОм 10. rэ0 = φТ/Iк = 25/2 = 12,5Ом
По переменному току:
11. kU = Rк/(Rэ+rэ0) => Rэ+rэ0 = 255Ом => Rэ = 242,5Ом
Rэ1·Rэ2/(Rэ1+ Rэ2) = 242,5Ом
Rэ1 = 1кОм => Rэ2 = 330Ом
12. δэ = 0,5 δ = 3дБ
При понижении частоты, ёмкостное сопротивление Сэ возрастает, увеличивается эквивалентное сопротивление в эмиттерной цепи и уменьшается коэффициент усиления.
Z/R = √2 => R = Xc = Rэ2+rэ0 = 342,5Ом
13.δ1 = δ2 = 1,5дБ
14.
=>XC
= 6,44кОм
C1 = 120нФ
15. δ1 = δ2 = 1,5дБ
Rн/Rд = 5 => XC2/XC1 = 5 => C1/C2 = 5 =>C2 =33нФ