39

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО РФ ПО РЫБОЛОВСТВУ

Федеральное государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГОУВПО "МГТУ")

Кафедра автоматики

и вычислительной техники

РАСЧЕТ ОДНОКАСКАДНОГО УСИЛИТЕЛЯ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И РЕЛЕЙНОГО УСИЛИТЕЛЯ

(ТРИГГЕР ШМИТТА)

Методические указания к выполнению расчетно-графического

задания по дисциплине «Электроника» для специальностей 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств», 210301 «Радиотехника»,160905 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования»

Мурманск

2009

Составитель - Солодов Владимир Сергеевич, кандидат технических наук,

профессор кафедры автоматики и вычислительной техники;

Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой

6 мая 2009 г. протокол № 7

Рецензент – Андрей Юрьевич Висков, канд. техн. наук, доцент кафедры автоматики и вычислительной техники Мурманского государственного технического университета

Печатается в авторской редакции

© Мурманский государственный технический университет, 2009

СОДЕРЖАНИЕ

Рекомендуемая литература 1. Усилитель переменного тока	3 4
1.1. Краткие теоретические сведения об усилителях переменного тока	4
1.2. Усилительный каскад с общим эмиттером	6
1.3. Расчет маломощного усилительного каскада с ОЭ	8
1.4. Методические рекомендации по выполнению и оформлению РГЗ	17
1.5. Варианты заданий	17
1.6. Контрольные вопросы	19
2. Релейный усилитель	20
2.1. Краткие теоретические сведения о пороговых усилителях	20
2.2. Принцип работы триггера Шмитта	21
2.3. Расчет элементов триггера	23
2.4. Содержание и варианты расчетно-графического задания	25
2.5. Контрольные вопросы	26
Приложения	28

Рекомендуемая литература

1. Штумпф Э.П. Судовая электроника и силовая преобразовательная тех­ника: Учебник. – СПб: Судостроение, 1993. – 352 с.: ил.

2. Татьянченко Ю.Г. Космин Н.П., Голомидов В.А. Расчет электронных схем: Учебное пособие. /Под общей редакцией Ю.Г. Татьянченко. Ч.1. Электронные схемы на диодах и транзисторах.– Мурманск, 1989. – 123 с. (МВИМУ им. Ленин. комс.)

3. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник/ К.М. Брежнева, Е.И. Гатман, Т.И. Давыдова и др. Под ред. Б.Л. Перельмана. – М.: Радио и связь, 1981. – 656 с.: ил.

4. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: Справочник - 2-е изд., стереотип. – /А.А. Зайцев, А.И. Миркин, В.В. Мокряков и др. Под ред. А.В. Голомедова. – М.: Радио и связь, КУбК – а 1994. – 384 с.: ил.

5. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства, РЭА: Справочник/Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренков и др. – Минск: Беларусь, 1994. - 590 с. ил.

6. Тараторкин Б.С. Электронные устройства судовой автоматики: Учебное пособие. – Л.: Судостроение, 1981. – 248 с., ил.

1. Усилители переменного тока

1. Краткие теоретические сведения об усилителях переменного тока

Усилитель переменного тока – это устройство, пред­назначенное для усиления входного сигнала, как правило, сину­соидальной формы. Такие усилители в основном выполняются на транзисторах, как биполярных, так и полевых, при­чем используются различные схемы их включения.

Усилители, как правило, выполняют из нескольких каскадов, осуществляющих последовательное усиление сигнала. В зависимос­ти от выполняемых функций усилительные каскады разделяют на каскады предварительного усиления и выходные каскады. Каска­ды предварительного усиления предназначены для повышения уровня сигнала по напряжению, а выходные каскады — для получения тре­буемых значений тока или мощности сигнала в нагрузке.

Простейший усилитель на одном биполярном транзисторе, включенном по наиболее распространенной схеме с общим эмиттером, представлен на рис 1.1.

Рис. 1.1. Структурная схема (а) и временная диаграмма (б)

усилительного каскада

.

Особенностью этой схемы является малые нелинейные искажения и низкий коэффициент полезного действия (КПД), который зависит от величины входного сигнала и колеблется в пределах (0 … 25%). Такой режим усилителя с малыми нелинейными искажениями называется режимом класса А. Усилители могут работать еще в нескольких классах – В, АВ, С и Д.

Основными элементами каскада являются управляемый эле­мент (УЭ), функцию которого выполняет биполярный или полевой транзистор, и резистор R. Совместно с источником питания Е, эти элементы образуют выходную цепь каскада. Усиливаемый сигнал U_вх принятый для простоты синусоидальным, подается на вход УЭ. Вы­ходной сигнал напряжения снимается с выхода УЭ или с резистора R.

Выходное напряжение создается за счет падения напряжения на резисторе R при протекании по нему выходного тока усилитель­ного элемента УЭ. Поскольку ток УЭ изменяется по закону, задан­ному входным напряжением, то и падение напряжения на резисторе R изменяется во времени по такому же закону. В соответствии со структурной схемой рис. 1.1, а закон изменения выходного напряже­ния определяется выражением

u_вых = Е−i(u_вх)·R,

где второе слагаемое определяет переменную составляющую выход­ного сигнала.

При подаче переменного напряжения на вход УЭ происходит изменение тока в его цепи, а, следовательно, и напряжения на резисторе R. Таким образом, происходит процесс преобразования энергии источника постоянного напряжения Е в энергию переменного напряжения в выходной цепи за счет изменения тока УЭ по закону, задаваемому входным сигналом.

Выходное сопротивление каскада равно сопротив­лению резистора R и параллельно соединенного выходного сопротив­ления УЭ. Однако выходное сопротивление транзисторов очень ве­лико, поэтому оно практически не оказывает влияния на выходное сопротивление.

Для обеспечения работы усилительного каскада при переменном вход­ном сигнале в его выходной цепи должны быть созданы постоян­ные составляющие тока I₀ и напряжения U₀ (рис. 1.1, б). Эту зада­чу решают путем подачи во входную цепь каскада кроме переменного усиливаемого сигнала соответствующего постоянного напряжения U_0вх (рис. 1.1, а), или постоянного входного тока I_0вх.

Постоянные составляющие тока и напряжения определяют так называемый режим покоя усилительного каскада. Параметры режима покоя во входной цепи (U_0вx и I_0вх) и в выходной цепи (U₀ и I₀) характеризуют состояние схемы в отсутствие входного сигнала.

Показатели усилительных каскадов зависят от способа включе­ния транзистора, исполняющего роль управляемого элемента. В связи с этим анализ усилительных каскадов на биполярных транзисторах проводится для трех способов включения: с общим эмиттером ОЭ, общим коллектором ОК и общей базой ОБ. Однако наибольшее распространение для усиления напряжения получила схема с ОЭ (рис.1.2) как имеющая максимальный коэффициент усиления по мощности.