2.18. Тиристор – это полупроводниковый прибор, который может на-

ходиться в двух устойчивых состояниях: либо в открытом состоянии

(тиристор проводит ток), либо в закрытом состоянии (тиристор не про-

водит ток). Скачкообразный переход тиристора из одного состояния

в другое происходит при выполнении определенных условий. Имеется

несколько разновидностей тиристоров. Сначала рассмотрим наиболее

широко используемый однооперационный тиристор, условное обозна-

чение которого показано на рис. 2.22. Тиристор имеет три вывода:

анод А, катод К, управляющий электрод УЭ. При наличии между като-

дом и анодом положительного напряжения Ua («плюс» на аноде), тири-

стор можно открыть положительным импульсом тока Iу достаточной

мощности, поданным на управляющий электрод. Тиристор включается

с сопротивлением нагрузки, как показано на рис. 2.23.

Однооперационные тиристоры по управляемому электроду только

открываются (одна операция). А закрывание тиристора происходит ли-

бо при Ua ? 0 (отрицательная Ua ), либо прерыванием тока Ia .

Чаще используют первый способ закрывания.

Двухоперационные тиристоры позволяют не только открывать,

но и закрывать тиристоры по управляющему электроду. Но требуемая

мощность запирающего управляющего по УЭ тока значительно

больше мощности открывающего импульса.

Симметричные тиристоры (симисторы) могут коммутировать

(включать-выключать) токи любого направления. Симистор работает

как два тиристора, включенных встречно-параллельно.

Параметры и характеристики диодов, тиристоров, оптоэлек-

тронных приборов приводятся в справочниках.

2.19. В каждой микросхеме имеются различные элементы – транзисторы (полевые или биполярные), диоды, резисторы, конденсаторы и т. Д. – соединенные соответ-

ствующим образом для выполнения заданной функции. Все эти эле-

менты выполнены в микроминиатюрном исполнении, в специальных

условиях и помещены в единый неразъемный герметизированный

корпус.Микросхема с внешними цепями соединяется при помощи

выводов. Таким образом, уже готовый функциональный блок в инте-

гральном исполнении (в нем интегрированы микроэлементы в единый

функциональный блок) теперь представляет собой для нас, пользова-

телей, просто элемент электронного устройства или электронного уз-

ла в сложном устройстве.Поэтому современные

электронные устройства любой сложности выполняются, как правило,

на интегральных микросхемах. А отдельно выпускаемые элементы –

резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы и т. д. – чаще всего

выполняют вспомогательную, согласующую роль или для подстройки

параметров.

3.1. Усилитель – это функциональный блок электронного устройства, предназначенный для усиления тока или напряжения, а это значит,и мощности, за счет энергии источника питания. Отсюда видно, чтоусилители могут быть следующего вида:

усилители тока,

усилители напряжения

и усилители мощности в зависимости от того параметра,который подлежит усилению.

3.2. Представим усилитель в виде блок-схемы, показанной на рис. 3.1.

К выходу усилителя подключим нагрузку, имеющую (для простоты

рассуждений) активное сопротивление Rн . Входные параметры уси-

лителя: напряжение Uвх , ток Iвх , мощность Pвх . Выходные параметры

усилителя: напряжение Uвых , ток Iвых , мощность Pвых .

Если нам необходимо усилить напряжение, то значит, что это

усилитель напряжения и его основным параметром является коэффи-

циент усиления по напряжению K = Uвых/Uвх . Если нам необходимо усилить ток, то это означает, что наш усилитель является усилителем тока и его основной параметр – коэффициент усиления по току Ki=Iвых/Iвх . Аналогично, если необходимо усилить мощность, то такой усилитель будет усилителем мощности и его основной параметр – коэффициент усиления по мощности K=Pвых/Pвх

3.3. В зависимости от вида АЧХ усилители подразделяют на усилители постоянного тока (УПТ), усилители низкой частоты (УНЧ), усилители высокой частоты (УВЧ), широкополосные усилители (ШПУ),узкополосные усилители (УПУ). На рис. 3.4 приведены АЧХ таких

усилителей.

3.4. В общем случае, обратная связь – это такое явление, когда в каком-либо процессе управляемый (выходной) параметр сам себя поддерживает путем воздействия на входные параметры через «петлю обратной связи».

Обратной связью называется воздействие выходного сигнала усилителя на его входной сигнал.

цепь ОС имеет коэффициент передачи, его называют коэффициентом обратной связи,

? = uОС/uвых ?1

3.5. Если uвх и uОС включены согласно (в фазе), как показано на рис. 3.8,то такая связь называется положительной обратной связью (ПОС). Как видим из рис. 3.8, при ПОС uу=uвх + uОС .

Если uвх и uОС включены встречно (в противофазе), как показано на рис. 3.9, то такая связь называется отрицательной обратной связью (ООС). Как видим из рис. 3.9, при ООС uу = uвх ? uОС .

3.6.

Кпос=К/1-УК

Как видим, ПОС увеличивает коэффициент усиления усилителя в 1/1-УK раз, т. к. знаменатель меньше 1 на величину YK . Однако при этом снижается стабильность работы усилителя. В случае YK = 1 коэффициент усиления K ПОС =8 и устойчивость работы усилителя нарушается, т. к. при малейших изменениях на входе (наводки,«дрейф нуля» и т. п.) выходное напряжение достигает величины насыщения Uнас .Следовательно, ПОС дестабилизирует работу усилителя и поэтому ПОС в усилителях не используется. Положительная обратная связь используется в генераторах (усилитель, охваченный ПОС, самовозбуждается и становится генератором).

3.7.

Коос=К/1+УК

Из уравнения (3.9) видно, что ООС уменьшает коэффициент усиления усилителя в 1+УK раз.

Но при этом она существенно повышает стабильность работы усилителя – улучшает линейность амплитудной характеристики и стабилизирует значение KООС .

3.8. При глубокой ООС, когда выполняется условие УK >> 1, что легко

достижимо, в уравнении (3.9) можно пренебречь 1 и тогда

Коос=1/У

Это значит, что при глубокой ООС коэффициент усиления KООС зависит только от у – коэффициента обратной связи. И даже существенные изменения коэффициента усиления K самого усилителя У не влияют на величину KООС . Таким образом мы избавляемся от влияния

нестабильности параметров полупроводниковых приборов, на базе которых собираются усилители, т. е. стабилизируем коэффициент усиления усилителя.

3.9. ТОК ЭМИТТЕРА КАК ПРЯМОЙ ТОК P-N ПЕРЕХОДА ЗНАЧИТЕЛЬНО ИЗМЕНЯЕТСЯ ПРИ ОЧЕНЬ МАЛЫХ ИЗМЕНЕНИЯХ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЭМИТТЕРНОМ ПЕРЕХОДЕ И ВЫЗЫВАЕТ, СООТВ, БОЛЬШИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТОКА КОЛЛЕКТОРА. НА ЭТОМ ОСНОВАНА усилительная способность транзистора.

усилительная способность транзистора ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ЕГО, ТАК НАЗЫВАЕМЫМ,СТАТИЧЕСКИМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ПЕРЕДАЧИ ТОКА.

3.10. УНЧ-УСИЛИТЕЛЬ НИЗКИХ ЧАСТОТ

К=в*Rб/rбэ к-т усиления по напряжению

в-к-т усил по току

Rб-резистор цепи коллектора

rбэ-динамическое входное сопротивление транзистора

3.11. Конденсатор С1, установленный на входе, не позволяет постоянному току Iб0 замыкаться через источник входного сигнала, т. к.

сопротивление конденсатора Xc=1/2пfСэ, и при f = f=0 XC= ∞ . Сле-

довательно, конденсатор постоянный ток не пропускает. А если С1 выбрать такую, чтобы на заданной частоте сигнала XC1 << Rб2 , то входной переменный сигнал uвх почти без потерь на XC1 проходит на базу транзистора.Конденсатор C2 также поставлен для разделения постоянных

и переменных составляющих выходного тока. То есть конденсатор C2 пропускает на выход только переменную составляющую.

Следовательно, uвых = −iкRк = −βRк iвх . (3.15)

Знак «минус» в уравнении (3.15) указывает на то, что происходит изменение полярности (инвертирование) выходного напряжения

uвых по отношению к входному напряжению uвх (току iвх ), т. е. происходит сдвиг по фазе на 180°.

Резистор Rэ = 0,1÷ 0,2 Rк установлен для температурной стабилизации рабочей точки, т. е. для достижения условия Iк0 ≈ const ,

за счет ООС по постоянному току.Для увеличения коэффициента усиления К резистор Rэ иногда

шунтируют конденсатором такой емкости Сэ , при которой Xc=1/2пfСэ<<R. При этом ООС на частоте f сигнала существенно ос-

лабляется. Однако при этом нелинейные искажения формы сигнала несколько увеличиваются.

3.12. нелинейными искажениями называют искажения формы выходного сигнала, обусловленные нелинейностью элементов схемы усилителя. основная причина появления нелинейных искажений в усилителе-нелин вх и вых х-к транз. и электр. ламп.знач нелин искаж могут вносить и трансформаторы усилителя вследствие нелин х-ки намагничивания материалов его сердечников.

чем больше нелинейность усил. тем сильнее искажается синусоид. сигнал, поданный на вход, и тем больше амплитуда высших гармоник на вых сигнале.

искажения формы усиливаемых колебаний, т.е. добавл. лишних гармоникк основному колебанию, наз нелинейными искажениями(звук стан. хриплым).

3.13. Знак «минус» в уравнении (uвых = −iкRк = −βRк iвх) указывает на то,происходит изменение полярности (инвертирование) выходного напряжения uвых по отношению к входному напряжению uвх (току iвх ), т. е. происходит сдвиг по фазе на 180°.

3.14. Усилитель тока, собранный по схеме с общим коллектором, называется эмиттерным повторителем в связи с тем, что его выходное напряжение почти равно входному uвых ? uвх , т. е. выходное напряжение повторяет входное напряжение по величине и по фазе т.е К=1

В реальных эмиттерных повторителях коэффициент К немного

меньше единицы за счет влияния небольшого напряжения uбэ , т. к. по

второму закону Кирхгофа uвых = uвх ? uбэ .

С увеличением uвх ток через транзистор iэ увеличивается, т. е.ток iэ изменяется в фазе с uвх . Но так как uвых = iэRэ , то сдвига фаз

между uвых и uвх нет.

3.16. Усилитель тока, собранный по схеме с общим коллектором, называется эмиттерным повторителем в связи с тем, что его выходноенапряжение почти равно входному uвых ≈ uвх , т. е. выходное напряжение повторяет входное напряжение по величине и по фазе.

В тех случаях, когда для передачи, приема и переработки информации используются импульсные сигналы, применяют импульсныеи цифровые электронные устройства, которые базируются на электронных ключах.

ТРАНЗИСТОР В УСИЛИТЕЛЕ НЕПОСРЕДСТВЕННО УСИЛИВАЕТ СИГНАЛ А В ЭЛ КЛЮЧЕ РАБОТАЕТ НА ОТКРЫТИЕ-ЗАКРЫТИЕ СИГНАЛА.

3.17. Микросхемы «Интегральные операционные усилители» (ИОУ)

построены на основе транзисторных дифференциальных усилителей постоянного тока. Поэтому они могут работать как на постоянном токе (напряжении), так и на переменном токе (напряжении) любой формы в широком диапазоне частот. Интегральный операционный усилитель по своим параметрам и характеристикам можно считать идеальным усилителем.

коэффициент усиления, что позволяет использовать глубокую

ООС, при которой выполняется условие γ KИОУ >> 1. А это значит, что коэффициент усиления усилителя, построенного на ИОУ, охваченном

глубокой ООС, зависит только от параметров цепи отрицательной обратной связи, т. е. γ

K = 1 (см. § 3.3). Следовательно, свойства и параметры такого усилителя определяются структурой и параметрами цепи обратной связи. При соответствующих структуре и параметрах

цепи обратной связи операционный усилитель может выполнять определенные математические операции – суммирования, вычитания,

дифференцирования, интегрирования и др. Поэтому такие усилители и называют операционными.

На рис. 3.19 знак > указывает на то, что это усилитель, а знак ∞

обозначает, что усилитель имеет большой коэффициент усиления. Так

как ИОУ является дифференциальным усилителем, то у него имеются

два входа (слева вверху) и один выход (справа вверху). Вход с кружочком – инвертирующий вход (кружок – знак инверсии), а без кружочка неинвертирующий. Выводы U1, U2 и OV служат для подключения

к ИОУ напряжений источника питания: U1 – +Uп1 , U2 – −Uп2 , OV –общий провод источника питания. Выводы FC служат для подключения

внешней схемы частотной коррекции ИОУ, а выводы NC – для подключения внешней схемы балансировки (коррекции «О»).

3.18. Один «вход н» – неинвертирующий, при подаче на который входного напряжения uвх1 выходное напряжение uвых будет «в фазе»

с uвх1 (одной полярности), как это видно из рис. 3.21, а.

Другой «вход и» – инвертирующий, при подаче на который входного напряжения uвх2 выходное напряжение uвых будет «в противофазе» с uвх2 (противоположной полярности), как это видно из

рис. 3.21, б.

В общем случае uвых пропорционально разности входных напряжений uдф = uвх2 − uвх1.

3.19…Работа ИОУ характеризуется несколькими параметрами и характеристиками. Рассмотрим основные из них.

Передаточная характеристика (ПХ) ИОУ (часто называемая амплитудной характеристикой АХ)

uвых = KUuдф = KU (uвх2 − uвх1) , (3.17)

где KU – коэффициент усиления по напряжению.

Линейная часть передаточной характеристики является рабочей частью ПХ усилителя. Следовательно, коэффициент усиления ИОУ определяется тангенсом наклона ПХ к оси uдф , т. е.

Ku=ΔUвых/ΔUдф

Для типовых ИОУ коэффициент усиления KU имеет величину в пределах 104 ÷106 .

Идеальная ПХ ИОУ проходит через нулевую точку (сплошная

линия на рис. 3.22). Однако реальная ПХ из-за неидентичности пара-

метров входных цепей обычно смещена в ту или иную сторону на величину Uсм (пунктир на рис. 3.22). Параметр Uсм называется напряжением смещения и составляет несколько милливольт, если ИОУ

изготовлено на базе биполярных транзисторов, или несколько десятков милливольт, если ИОУ изготовлено на базе полевых транзисторов. Для смещения реальной ПХ в нулевую точку при uвх1 = 0

и uвх2 = 0 у многих ИОУ предусмотрены специальные выводы балансировки.

Динамические свойства ИОУ оцениваются по амплитудночастотной характеристике (АЧХ) или по максимальной скорости нарастания uвых при подаче на вход ступенчатого напряжения максимально допустимой амплитуды. Скорости нарастания Vuвых у различных ИОУ имеют значения 0,3 ÷ 50 В/мкс. Кроме этих параметров

в справочниках указаны и другие параметры, номинальные и предельно допустимые.

Для устранения самовозбуждения усилителей на ИОУ используется частотная коррекция, которая осуществляется путем подключения

к специальным выводам в корпусе ИОУ внешних конденсаторов и резисторов. Для различных ИОУ используются свои цепи частотной коррекции, указанные в справочниках. В некоторых ИОУ имеется внутренняя коррекция. В табл. 3.1 приведены параметры некоторых типов ИОУ.

3.20. ЦЕПЬКОРРЕКЦИИ ПРЕДНАЗНАЧЕНА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИОУ , А ЦЕПЬ СМЕЩЕНИЯ ДЛЯ КОРРЕКТИРОВАНИЯ СМУЩЕНИЯ НУЛЯ, Т.Е ПРИ ОТСУТСТВИИ UВХ ДОЛЖНО ТАКЖЕ ОТСУТСТВОВАТЬ И uВЫХ А ИНАЧЕ БУДЕТ ПРИСУТСТВОВАТЬ КАКОЕ-ТО НАПРЯЖЕНИЕ

3.22. у неинвертирующего усилителя коэффициент усиления

будет определяться стабильностью параметров обратной связи

Следовательно, неинвертирующий усилитель на рис. 3.23 имеет

коэффициент усиления по напряжению к=1+R2/R1.

коэффициент усиления инвертирующего усилителя k=-R2/R1.

Знак «минус» показывает, что в этом усилителе происходит инвер-

тирование фазы (изменение полярности).

3.23. Интегральные операционные усилители имеют большой по вели-

чине коэффициент усиления, что позволяет использовать глубокую

ООС, при которой выполняется условие ? KИОУ >> 1.

Для типовых ИОУ коэффициент усиления KU имеет величину

в пределах 10 в 4 степени ?10 в6 степени .

Могут работать как на постоянном так и на переменном токе.

3.24. Выполняет операцию суммирования с усилением суммы в K раз.

На рис. 3.30 приведена схема суммирующего усилителя, построенно-

го на основе инвертирующего усилителя

В частном случае при R1 = R2 происходит простое суммирова-

ние без усиления (K = −1) и инвертирование , т. е.

uвых = − u1 + u2 = −uвх .

Следовательно, усилитель работает и как сумматор токов, и как

преобразователь суммы токов в пропорциональное напряжение, где ко-

эффициентом преобразования является сопротивление резистора R2 .

uвых = −R2iΣ = −R2 i1 + i2 .

3.25. Выполняет операцию вычитания двух напряжений с усилением

разности в K раз. На рис. 3.31 приведена схема вычитающего усили-

теля, построенного на основе неинвертирующего и инвертирующего

усилителя.

Как видно из рис. 3.31, для входного напряжения u1 – это ин-

вертирующий усилитель, а для входного напряжения u2 – это неин-

вертирующий усилитель с делителем напряжения на входе на рези-

сторах R3 . R4 , на выходе которого u2'=u2*R4/*(R3+R4)

3.26. Если на вход подать постоянное напряжение uвх=U0 , то

смотри рисунок там формула!!

3.27. На рис. 3.35 приведена схема двухтактного усилителя мощности

на двух транзисторах, работающих по очереди в режиме эмиттерного

повторителя. Так как у эмиттерного повторителя коэффициент усиле-

ния по напряжению K = 1, то он, по сути, является усилителем тока с

коэффициентом усиления

K=Iвых/Iвх

С различной проводимостью они подбираются для того, что отрицательной полусинусоиде открывается

VT2, а при положительной VT1

3.28. Составной транзистор — объединение двух или более биполярных

транзисторов с целью увеличения коэффициента усиления по току.

При необходимости получить большие

токи используют усилители с составными транзисторами. Такой уси-

литель мощности показан на рис

4.1. Частотный фильтр – это такое устройство, которое хорошо

пропускает сигналы в определенном диапазоне частот, а вне этого

диапазона частот (на других частотах) сигналы не пропускает (плохо

пропускает). Это значит, что его коэффициент передачи Kф=Uвых/Uвх

зависит от частоты.

4.2. Пассивные час-

тотные фильтры собирают только на пассивных элементах – цепях

R–C, R–L, R–L–C. Так как катушки индуктивности L имеют на низких

частотах большие габариты и высокую стоимость, то фильтры на низ-

ких частотах строят преимущественно на цепочках R–C. В активных

фильтрах для улучшения качества фильтрации в дополнение к пассив-

ным частотозависимым цепям устанавливают электронные усилители.

Пассивные фильтры имеют существенный недостаток – их ха-

рактеристики зависят от сопротивления нагрузки, т. е. от входного

сопротивления последующего функционального блока, к входу кото-

рого подключается выход фильтра. Все рассмотренные выше харак-

теристики пассивных фильтров получены в режиме холостого хода,

т. е. при «бесконечно большом» сопротивлении нагрузки. Поэтому,

чтобы при практическом использовании частотных фильтров сущест-

венно не искажались характеристики, необходимо учитывать этот факт.