9. Выходные каскады(Хоменко)

Каскады работающие на активную нагрузку принято называть каскадами усиления мощности, а каскады, работающие на емкостную нагрузку, - каскадами усиления напряжения.

Каскады характеризуются КПД, коэффициентом гармоник, коэффициентом использования напряжения питания , коэффициентом использования тока .

Различают одноактные и двухтактные каскады.

По виду связи с нагрузкой резисторные и трансформаторные, а при отсутствии элемента связи бестрансформаторные и бесконденсаторные.

Резисторные: По постоянному току нагрузкой для первой схемы является. R_К, для второй R_Э. По переменному току нагрузкой для первой схемы явл. R_К // R_Н, для второй R_Э // R_Н. За счет падения большого падения напряжения на элементах связи и стабилизации режима R_К + R_Э, напряжение U_КЭ оказывается заметно меньше Е_П КПД меньше чем допускает режим А (для этого режима 𝝃_u<1,𝝃_I<1). Максимальное КПД у таких каскадов при Rн/Rк=0,707 составляет 8,6%, при этом теоретически его можно поднять если в качестве элемента связи использовать ГСТ.

Т рансформаторный: Выходной трансформатор позволяет оптимизировать сопротивление нагрузки транзистора по средством преобразования сопротивления внешней нагрузки. Транзистор работает на сопротивление , где n_T коэффициент трансформации. Трансформатор позволяет максимально приблизить коэффициенты 𝝃_u и 𝝃_I к 1, тем самым максимально приблизить КПД к теоретическим 25%.

Д вухтактный: Так как транзисторы работают друг против друга то нечетные гармоники компенсируют друг друга. Это позволяет запускать транзисторы в режиме с отсечкой коллекторного тока. В идеализированном режиме B ток покоя транзисторов равен 0, а угол отсечки Θ=90⁰. В реальных условиях при токе покоя равном 0, из-за нелинейности характеристики прямой передачи транзисторов изменение тока во времени больше отвечает режиму С (Θ>90⁰.), при котором разностный ток содержит ярко выраженные нечетные гармоники. Для устранения этого на базы транзисторов подают начальное напряжение смещения, тогда импульсы коллекторных токов частично перекрываются, а колебания разностного тока оказываются близкими к гармоничным. Такой режим называется АВ ( ) и имеет меньший КПД чем режим В. В режиме В КПД зависит от коэф. использования напряжения питания , и теоретически может достигать 78.5%.

10. Устройства на оу(Хоменко)

Операционные усилители это интегральные микросхемы, предназначенные для выполнения математических операций в аналоговых вычислительных машинах. Главное требование: высокий коэфф усиления, отсутствие дрейфа нуля, возможность инвертирования. Для большого коэффициента усиления в коллекторной нагрузке стоит большое сопротивление, поэтому обычно частотные свойства плохие, с точки зрения согласования: R_вх-большое, R_вых – маленькое.

Принцип работы: «перетягивание каната», то есть напряжение на выходе определяется тем на каком входе больше напряжение (на инвертирующем или не инвертирующем). Пример: если Е_п=12В, то на выходе либо -10В, либо +10 В. Таким образом общие свойства операционных усилителей таковы:

1. Коэффициент усиления стремится к бесконечности;

2. Входное сопротивление стремится к бесконечности;

3. Граничная частота должна стремится к бесконечности;

4. Выходное сопротивление стремится к нулю;

5. Напряжение дрейфа должно равно быть нулю;

6. Мощность потребления стремится к нулю.

Дифференциальный усилитель (вычитатель)

Д анная схема предназначена для получения разности двух напряжений, при этом каждое из них предварительно умножается на некоторую константу (константы определяются резисторами).

Входное сопротивление (между входными выводами) равно Z_вх = R₁ + R₂

Инвертирующий усилитель

Инвертирует и усиливает напряжение (то есть умножает напряжение на отрицательную константу).

Z_in = R_in (Поскольку V - является виртуальной землей).

Третий резистор с сопротивлением, равным (сопротивление параллельно соединенных резисторов R_f и R_in), устанавливаемый (при необходимости) между неинвертирующим входом и землей, уменьшает ошибку, возникающую из-за тока смещения.

Неинвертирующий усилитель.

Усиливает напряжение (умножает напряжение на константу, большую единицы)

(на практике — входное сопротивление операционного усилителя: от 1 MОм до 10 TОм)

Третий резистор с сопротивлением, равным (сопротивление параллельно соединенных резисторов R_f и R_in), устанавливаемый (при необходимости) между точкой подачи входного сигнала V_in и неинвертирующим входом, уменьшает ошибку, возникающую из-за тока смещения.

Повторитель напряжения.

Используется как буферный усилитель, для исключения влияния низкоомной нагрузки на источник с высоким выходным сопротивлением.

(на практике — входное сопротивление операционного усилителя: от 1 MОм до 10 TОм)

Суммирующий усилитель (сумматор)

С уммирует (с весом) несколько напряжений. Сумма на выходе инвертирована, то есть все веса отрицательны.

Выход инвертирован.

Входной импеданс n-го входа равен Z_n = R_n (Поскольку V является виртуальной землей).

Интегратор.

Интегрирует (инвертированный) входной сигнал по времени.

где V_in и V_out — функции времени, V_initial — выходное напряжение интегратора в момент времени t = 0.

Данный четырехполюсник можно также рассматривать как фильтр нижних частот.

Дифференциатор.

Д ифференцирует (инвертированный) входной сигнал по времени.

где V_in и V_out — функции времени.

Данный четырехполюсник можно также рассматривать как фильтр высоких частот.

Компаратор

С равнивает два напряжения и выдает на выходе одно из двух состояний в зависимости от того, какое из входных напряжений больше.

V_{S +}  — положительное напряжение питания; V_{S −}  — отрицательное напряжение питания.