1. Определение, классификация и области применения аналоговых электронных устройств.

Аналоговые усилительные, фильтрующие и генераторные устройства, и их место в современной телекоммуникационной аппаратуре.

Аналоговое эл-ое устройство – это уст-во усиления и обработки аналоговых электронных сигналов, выполненных на основе электронных приборов. Аналоговые сигналы заданы во все моменты времени. Преимущества аналоговых устройств: сравнительная простота, надежность и быстродействие обеспечивают им самое широкое применение, несмотря на менее высокую точность по сравнению с цифровыми.

Классификация аналоговых электронных устройств:

1. Усилители

2. Устройства на их основе

По форме усиливаемых сигналов:

1. Непрерывных

2. Импульсных

По диапазону частот:

1. Усилитель постоянного тока

2. Усилитель переменного тока

Среди усилителей переменного тока выделяют:

1. Усилители звукового сигнала

2. Усилитель радиосигнала

3. Широкополосный усилитель

2. Основные технические показатели и характеристики аналоговых электронных устройств.

В тетради

3. Функциональная и обобщенная структурная схемы электронного усилителя. Основные показатели и характеристики, определяющие эффективность работы усилителя.

Структурная схема усилителя в тетради, параметры тоже

4. Линейный и нелинейный, стационарный и переходной режимы работы усилителя.

В тетради

5. Входные и выходные параметры усилителя. Принципы электронного усиления аналоговых сигналов и построения усилителей.

Входные параметры усилителя: Входное сопротивление (в тетр); входное напряжение – амплитудная или действительная составляющая напряжения входного сигнала

Выходные параметры: Выходное сопротивление (в тетр); выходное напряжение, выходная мощность, коэффициенты нелинейных и линейных искажений, коэффициент усиления.

Принцип электронного усиления сигнала: На вход усилителя подается исходный аналоговый сигнал, который представляет собой колебание напряжения или тока. Далее усилитель за счет энергии источника питания формирует новое колебания, которое является по форме более или менее точной копией исходного усиливаемого сигнала, но превосходящее его по напряжению, току или мощности. Совокупность усилителя и источника питания составляет усилительное устройство. На выходе усилителя выходит новый (усиленный исходный) сигнал.

Принцип построения усилителя: (в тетр. под схемой)

6. Упрощенная принципиальная схема одиночного каскада усилителя. Три способа включения транзистора в схему усилительного каскада. Токопрохождение в схеме резисторного усилителя.

Упрощенная принципиальная схема каскада усилителя

О сновой усилителя являются два элемента: резистор R и управляемый активный элемент (АЭ) – транзистор, сопротивление которого изменяется под действием входного сигнала U_вх. За счет изменения сопротивления АЭ изменяется ток, протекающий от источника питания с напряжением E_п в цепи резистора R и АЭ. В результате будут меняться падение напряжения на резисторе, а следовательно, и выходное напряжение U_вых. Здесь процесс усиления основан на преобразовании энергии источника питания E_п в энергию выходного напряжения.

Есть 3 разных способа включения транзистора в схему усилительного каскада.

1. Схема с общим эмиттером

Каскад с общим эмиттером обладает высоким усилением по напряжению и току. К недостаткам данной схемы включения можно отнести невысокое входное сопротивление каскада (порядка сотен ом), высокое (порядка десятков Килоом) выходное сопротивление. Отличительная особенность - изменение фазы входного сигнала на 180 градусов (то есть - инвертирование). Благодаря высокому коэффициенту усиления схема с ОЭ имеет преимущественное применение по сравнению с ОБ и ОК.

Рассмотрим работу каскада подробнее: при подаче на базу входного напряжения - входной ток протекает через переход "база-эмиттер" транзистора, что вызывает открывание транзистора и, в следствии этого, увеличение коллекторного тока. В цепи эмиттера транзистора протекает ток, равный сумме тока базы и тока коллектора. На резисторе в цепи коллектора, при прохождении через него тока, возникает некоторое напряжение, величиной значительно превышающей входное. Таким образом происходит усиление транзистора по напряжению. Так как ток и напряжение в цепи - величины взаимосвязанные, аналогично происходит и усиление входного тока.

2. Схема с общим коллектором

С хема с общим коллектором обладает высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Коэффициент усиления по напряжению этой схемы всегда меньше 1. Входное сопротивление каскада с ОК зависит от сопротивления нагрузки (Rн) и больше его (приблизительно) в Н21э раз. (Величина "Н21э" - это статический коэффициент усиления данного экземпляра транзистора, включенного по схеме с Общим Эмиттером). Данная схема используется для согласования каскадов, либо в случае использования источника входного сигнала с высоким входным сопротивлением. В качестве такого источника можно привести, например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон. Схема с ОК не изменяет фазы входного сигнала. Иногда такую схему называют Эмиттерным повторителем.

3. Схема с общей базой

С хема включения транзистора с общей базой используется преимущественно в каскадах усилителей высоких частот. Усиление каскада с ОБ обеспечивает усиление только по напряжению. Данное включение транзистора позволяет более полно использовать частотные характеристики транзистора при минимальном уровне шумов. Что такое частотная характеристика транзистора? Это - способность транзистора усиливать высокие частоты, близкие к граничной частоте усиления, Эта величина зависит от типа транзистора. Более высокочастотный транзистор способен усиливать и более высокие частоты. С повышением рабочей частоты, коэффициент усиления транзистора понижается. Если для построения усилителя использовать, например, схему с общим эмиттером, то при некоторой (граничной) частоте каскад перестает усиливать входной сигнал. Использование этого - же транзистора, но включенного по схеме с общей базой, позволяет значительно повысить граничную частоту усиления. Каскад, собранный по схеме с общей базой, обладает низким входным и невысоким выходным сопротивлениями (эти параметры очень хорошо согласуются при работе в антенных усилителях с использованием так называемых "коаксиальных" несимметричных высокочастотных кабелей, волновое сопротивление которых как правило не превышает 100 ом). Если сравнивать величины сопротивлений для каскада с ОЭ и ОБ, то входное сопротивление каскада с ОБ в (1+Н21э) раз меньше, чем с ОЭ, а выходное в (1+Н21э) раз больше. Каскад с ОБ не изменяет фазы входного сигнала.

7. Виды межкаскадной связи в многокаскадных усилителях

Описание в тетр.

8. Обратная связь в аналоговых электронных устройствах. Виды ОС.

В тетради

9. Основные способы обеспечения отрицательной ОС и её влияние на показатели и характеристики усилителей аналоговых сигналов.

Влияние ООС:

При введении ООС относительное изменение коэф. усиления в (1+T) (Т – коэф. передачи ОС) раз меньше чем без нее

Введение цепи ООС всегда расширяет полосу усиливаемых частот усилителя в (1+T) раз

ООС снижает коэффициент нелинейных искажений усилителя и повышает его помехоустойчивость.

Коэффициент нелинейных искажений уменьшается в (1+T) раз. Введение в усилитель последовательной ООС увеличивает его входное сопротивление в (1+T) раз.

При включении последовательной ООС на выходе усилителя действует разность (U_ист – U_ООС), что при заданных параметрах источника входного сигнала приводит к фактическому уменьшению его входного тока, а это эквивалентно увеличению входного сопротивления усилителя.

Выходное сопротивление усилительного каскада, охваченного ОС, зависит только от способа снятия сигнала обратной связи и не за висит от того, каким образом сигнал введен в его входную цепь. Введение ООС уменьшает выходное сопротивление усилителя в (1+T) раз.

10. Устойчивость усилителей, охваченных отрицательной ОС, оценка устойчивости усилителя на основе физических представлений (баланс амплитуд и фаз).

Цепь называется устойчивой, если свободные колебания с течением времени стремятся к нулю. В противном случае цепь называется неустойчивой. Усилители с ООС при определённых условиях могут самовозбуждаться, т.е. генерировать электрические колебания. Это свидетельствует о том, что усилитель. прекращает свои функции по усилению электрических колебаний При этом ООС превращается в ПОС. это происходит обычно за пределами рабочего диапазона частот из-за фазовых сдвигов в усилителе и в цепи обратной связи

Потеря устойчивости проявляется в следующей форме:

1. На выходе усилителя появляется периодический сигнал, при этом на входе сигнал =0. Автоколебания возникают за счет малых колебаний шума. Такой усилитель называется устойчивым в малом.

2. Выходной сигнал при определенном входном сигнале резко увеличивается и далее не изменяется при любом изменении входного сигнала. Т.е. в усилителе устанавливается режим вынужденных колебаний. Такой усилитель устойчивый в большом.

Условием генерации стационарных колебаний замкнутой схемой является равенство выходного напряжения схемы обратной связи и входного напряжения усилителя. Это условие записывается следующим образом:

Или

Где b_ОС – коэффициент усиления цепи обратной связи

K₀ – коэф. усиления самого усилителя

Это соотношения называется условием баланса амплитуд

Если Т= b_ОС K₀ <1, то усилитель будет является абсолютно устойчивым, в обратном случае усилитель является неустойчивым.

При этом между напряжениями в усилителе и в цепи обратной связи возникает фазовый сдвиг. Если сумма фазовых сдвигов усилителя и цепи обратной связи кратно 360 градусам, то цепь является неустойчивой. Это условие можно записать в следующем виде