Электронные устройства

Для преобразования переменного тока в постоянный ток служат выпрямители, которые представляют собой цепи с диодами и тиристорами.

Однополупериодную схему (рис.6.13. а) применяют, при выпрямленных токах до нескольких десятков миллиампер и в случаях, когда не требуется высокой степени сглаживания выпрямленного напряжения. В однополупериодных схемах выпрямление происходит в течении одного полупериода (рис.6.13 б), диод открыт только в те полупериоды, когда на нем действует положительная полуволна напряжения. Напряжение на нагрузке состоит из положительных полуволн, его среднее значение (постоянная составляющая) равно (рис.6.13 в).

Рис. 6.13. Однополупериодный выпрямитель.

Работа выпрямительного устройства характеризуется следующими параметрами:

Коэффициент выпрямления:

,

где , – сопротивление диода в обратном и прямом включении.

Коэффициент пульсации:

где – амплитуда первой гармоники,

– постоянная составляющая выпрямленного напряжения.

Для уменьшения пульсаций включают сглаживающие фильтры. В простейшем случае сглаживание на нагрузке достигается включением параллельно ей емкости.

Для увеличения среднего напряжения на нагрузке используют двухполупериодные схемы выпрямления, содержащие два и более диодов.

В мостовой схеме (рис.6.14), когда источник переменного напряжения включен в одну диагональ, а нагрузка в другую, диоды работают попарно. В первый период, когда от источника действует положительная полуволна диоды VD1 и VD3 проводят ток, а VD2 и VD4 – закрыты. Во второй полупериод диоды VD2 и VD4 открыты, а VD1 и VD3 – не пропускают ток. Ток через нагрузки протекает все время и в одном и том же направлении.

Рис.6.14. Двухполупериодный выпрямитель.

Напряжение или ток в электрических цепях может меняться вследствие различных причин – за счет колебаний напряжения питания, зависимости параметров элементов от температуры и т.д., что приводит к ухудшению рабочих характеристик устройств. Для стабилизации тока и напряжения применяют стабилитроны – опорные диоды, которые работают на обратной ветви вольт-амперной характеристики, а также двухкаскадные или мостовые схемы на их основе.

Качество работы стабилизатора характеризуется

коэффициентом стабилизации:

где и – изменение напряжения на входе и напряжения в нагрузке.

Рис.6.16. Схема стабилизатора.

Усилитель – это устройство, увеличивающее мощность сигнала. Увеличение мощности происходит за счет преобразования энергии постоянного источника питания в энергию переменного сигнала.

По усиливаемой электрической величине различают усилители мощности, напряжения и тока. Основными показателями усилителя являются:

коэффициенты усиления по напряжению, по току, по мощности:

, , ,

а также входное и выходное сопротивления.

В усилителях, схема включения транзистора представляет собой четырехполюсник, т.е. схему, имеющую две пары входных зажимов (1 – 1) для присоединения источника сигнала и две пары выходных зажимов (2 – 2) для подключения нагрузки (рис.6.17).

Рис.6.17. Структурная схема четырехполюсника.

Различают три схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК) (рис.6.18).

а)

б)

в)

Рис.6.18. Схемы включения транзистора

а) ОЭ, б) ОБ, в) ОК

В схеме с ОЭ осуществляется усиление по току, напряжению и мощности. При этом выходное напряжение находится в противофазе с входным напряжением .

В схеме с ОБ отсутствует усиление по току. Выходное напряжение совпадает по фазе с входным напряжением .

Зависимости коллекторного тока от управляющего тока базы или эмиттера в этих схемах определяется соотношениями:

,

где: – обратный ток p-n-перехода база-коллектор при токе равным нулю.

В схеме с ОК не происходит усиление по напряжению. При этом выходное напряжение совпадает по фазе со входным.

Свойства транзистора в зависимости от схемы включения оцениваются его статическими входными и выходными характеристиками. Входные характеристики – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном смещении. Так как входной переход транзистора в усилительном режиме смещен прямо, то они аналогичны прямой ветви ВАХ p-n-перехода. Выходные характеристики представляют собой зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе и аналогичны обратной ветви ВАХ p-n-перехода. На рис.6.19 представлен вид статических характеристик для схемы с ОЭ. Для каждого, выпускаемого промышленностью типа транзистора, статические характеристики заданы в справочнике по полупроводниковым приборам или снимаются экспериментально.

Рис.6.19. Статические характеристики биполярного транзистора включенного по схеме с ОЭ (а – входные, б – выходные).

Нелинейность характеристик транзистора приводит к появлению нелинейных искажений – искажений формы усиливаемого сигнала. Для уменьшения искажений в усилителях используется обратная связь. Выходной сигнал в виде напряжения или тока через цепь обратной связи частично или полностью поступает на вход рис.6.20. В качестве обратной связи используют пассивные цепи.

Рис. 6.20. Структурная схема усилителя с ОС

Различают положительную обратную связь, когда сигнал обратной связи складывается с входным сигналом и отрицательную обратную связь, при которой сигналы вычитаются. В первом случае коэффициент передачи начинает возрастать – происходит возбуждение усилителя. В случае отрицательной обратной связи коэффициент усиления усилителя уменьшается.

Для усилителя, охваченного обратной связью, коэффициент усиления:

где: К – коэффициент усиления усилителя без обратной связи,

– коэффициент обратной связи, который показывает какая часть выходного сигнала поступает на вход усилителя,

– коэффициент усиления усилителя после введения обратной связи.