Температурная стабилизация режимов работы

Существенным недостатком транзисторов является зависимость их параметров от температуры. Поэтому изменение температуры окружающей среды или нагрев транзистора проходящим током может существенно изменить режим его работы и сместить рабочую точку по характеристикам далеко от заданной, что приведет к уменьшению коэффициента усиления и появлению недопустимых искажений. При увеличении температуры транзистора за счет возрастания числа носителей заряда в полупроводнике увеличивается ток коллектора. При повышении температуры на 10ºС обратный ток коллектора I_ко удваивается. Схема с фиксируемым током базы (ОЭ) может работать только на малых колебаниях температур. Увеличение вызовет рост I_к, это приведет к уменьшению U_вых на коллекторе и смещению рабочей точки на выходной ВАХ. Нормальная работа каскада нарушится.

При работе усилителя при различных температурах необходима не только функция рабочей точки, но и применение схем температурной стабилизации!

Многокаскадные усилители

Операционные усилители (ОУ)

ОУ – это унифицированный многокаскадный усилитель постоянного тока, удовлетворяющий следующим требованиям к следующим параметрам: , , , . Они служат и используются как и УПТ в аналоговой технике для реализации следующих операций: суммирование, интегрирование и т.д.

Вход со знаком + является не инвертирующим. При подаче входного + сигнал на выходе остается неизменным. U_вх – инвертирующий. На боковых сторонах треугольника расположены выводы подключенного источника питания.

ОУ. Схема включения

Задача

Дано:

U_бэ = 0,4 В

U_кэ = 25 В

Два транзистора включены по схеме с ОЭ. Определить коэффициент усиления h_21э по характеристикам входной и выходной. Подсчитать коэффициент передачи по току λ_21Б и Р_к (мощность коллектора).

Решение.

1. Определить по входной характеристике при U_бэ = 0,4 В I_б = 500 мкА.

2. Находим по выходной характеристике для U_кэ = 25 В и тока I_б = 500 мкА, I_к = 36 мА.

3. На выходной характеристике построим отрезок АВ, из которого находим ΔI_к = I_к1 – I_к2 = 36 – 28 = 8 мА, ΔI_б = I_б1 – I_б2 = 500 – 400 = 100 мкА.

4. Определим коэффициент усиления , . .

Задача

Мощность на К Р_к = 6 Вт, напряжение на К U_кэ = 30 В, напряжение питания Е_к = 40В.

Используя выходную характеристику, определим I_б, I_н, K_ус, K_21Э и сопротивление нагрузки R_к.

1.

2. Находим на выходной характеристике точку А, параметры которой равны I_к = 0,8 А; U_кэ = 30 В; I_б = 2 мА.

3. Соединяем прямой точку А и точку на оси абсцисс, соответствующую E_к = 40 В. Проводим прямую, на пересечении с осью ординат получаем точку I_к = 0,8 А.

Многодиапазонный усилитель

Используются для усиления приема сигналов, находящихся за городом (отдаленность от пункта передачи сигналов). Служит антенный комплекс. Используется как малошумящий усилитель и ставится рядом с антенной.

Принцип работы операционного усилителя.

Структурная схема операционного усилителя.

Применение: компаратор, частотный фильтр.

Можно рассматривать как идеальный усилитель.

Дифференциальный усилитель – высокое R_вх, дифференциальный выход.

Усилитель напряжения (источник питания) – высокий коэффициент напряжения, спад АЧХ подобно полосному фильтру.

Выходной усилитель обеспечивает нагрузочную способность по току, низкое R_вых и защиту от короткого замыкания.

Дифференциальный усилитель – это электронный усилитель с двумя входами.

Входное сопротивление усилителя z_im = R₁ + R₂. Применяется для точного съема напряжения с плеч электронного моста в случае, когда возможны синфазные помехи в сигнале.

Преобразователь напряжения-тока. Магнитный усилитель

Это электромагнитный аппарат. Состоит из магнитопровода и трех обмоток. Магнитопровод собирается из тонких листов электротехнической стали.

Достоинства МУ: большой срок службы, простота обслуживания, высокая надежность, значительный коэффициент усиления, низкий порог чувствительности, широкий диапазон усиленных мощностей от 10 Вт до 100 кВт, постоянная готовность работать, суммирование нескольких управляющих сигналов, значительная перегрузочная способность, стабильность характеристик в процессе эксплуатации.

Малогабаритный усилитель НЧ

Недостатки: не очень мощный.

Достоинства: качественный усилитель.

Усилитель питается в диапазоне от 6 до 12 В, при токе покоя в 10 мА.

Можно использовать для озвучивания музыкальных фонограмм, как тестовый музыкальный комплект.

Двухтактный трансформаторный усилитель мощности

В выходных каскадах используются маломощные транзисторы.

Принцип работы: сигнал с предварительного каскада подается на базу обоих транзисторов так, что напряжение на них изменяется в любой момент.

Обратная связь в усилителях

Обратной связью называется такая связь между входом и выходом, при которой часть энергии усиленного сигнала с выхода передается на вход. Связь может быть внутренней, паразитной, искусственной.

Усилитель с блоком питания. Диэлектрический усилитель

Применяется дл усиления низкочастотных колебаний в устройствах автоматики и сигнализации.

Диэлектрический усилитель – это усилитель эл. колебаний емкости конденсатора сегнетоэлектриков, при изменении подводимого к нему напряжения.

Усилители с функцией автоматической калибровки

Имеют функцию автоматической калибровки, которые осуществляют коррекцию свечения или обнуления в любое время и при любой температуре.

Достоинства: высокая стойкость к помехам, позволяет минимизировать наложение сигналов. Работают в расширенном диапазоне от –40 до 120ºС.

Усилитель мощности. Усилитель звуковой частоты. Усилитель мощности звуковой частоты

Предназначен для применения в таких приложениях как MP3 и CD-плееры, мобильный телефон, карманные компьютеры и портативный DVD-плеер. Коэффициент искажения k = 1% (есть защита от перегрева).

Двухканальный усилитель мощности

Применяется в аппаратуре для звуковоспроизводящих автоустройств.

Достоинства: малые размеры.

Вопросы к усилителям

1. Дать определение усилителю и классификацию усилителей.

2. Параметры усилителя.

3. Принципиальная схема усилителя с общим эмиттером.

4. Назначение многокаскадного усилителя.

5. Усилитель мощности (схема, особенности).

6. Усилитель постоянного тока.

7. Схема температурной стабилизации.

8. Операционный усилитель.

9. Режимы работы усилительного каскада.

10. Усилитель мощности звуковой частоты (назначение).

11. Обратная связь.

Генератор гальванических колебаний

Электронный генератор – это устройство, преобразующее электронную энергию источника постоянного тока и энергию затухающих колебаний. Электронные генераторы широко используются в радиоаппаратуре, измерительной технике ЭДМ и т.д. По способу возбуждения генераторы подразделяются на генераторы с независимым возбуждением и самовозбуждением (автогенераторы). Генераторы с независимым возбуждением являются усилителями колебаний, которые вырабатывают посторонние источники, автогенераторы сами создают не затухающие колебания, за счет использования положительного обратного генератора.

Генераторы классифицируются:

1). По форме колебаний: синусоидальные, прямоугольные, пилообразные, трапециевидные.

2). По частоте: низкая, высокая, сверхвысокая.

Генераторы оцениваются с помощью таких характеристик:

1). Диапазон генерируемых частот

2). Точность установки частоты и поддерживание ее во время работы

3). Степень искажения формы колебаний и изменения амплитуды выходного напряжения

4). Зависимость параметра выходного сигнала от внешней нагрузки

По способу получения колебаний генераторы подразделяют на две группы:

1. Генераторы с внешним возбуждением

2. Генераторы с самовозбуждением

Структурная схема электронного генератора

Генераторы синусоидальных колебаний подразделяются на автогенераторы LC-типа и автогенераторы RC-типа. Принцип работы автогенератора.

β – обратная связь;

К – коэффициент усиления.

1). Произведение коэффициента усиления на коэффициент обратной связи должно быть равно одному Кβ = 1.

2). Фаза колебания на выходе цепи обратной связи должна совпадать с фазой колебания на входе усилительного элемента. Суммарный сдвиг фазы, создаваемый усилителем и цепью обратной связи, должен быть равен нулю.

Первое условие называется балансом амплитуд. Если оно не соблюдается, то колебания будут затухать и прекращаться, если Кβ < 1.

Второе условие называется балансом фаз. Это означает, что колебания возникают при вполне определенной части, при которой наблюдается совпадение фаз. При большом фазовом сдвиге колебания совсем прекратятся, т.к. входное колебание будет гасить выходное.

Импульсные устройства

Импульсной техникой называется область электроники, изучающая устройства для генерирования и преобразования импульсных сигналов.

Импульсными называются устройства, работающие в непрерывном режиме. В таком режиме кратковременность чередуется с паузой.

Импульсом называется кратковременное изменение напряжения и тока в электрической цепи, длительность которого соизмерима или меньше длительности переходных процессов в этой цепи. По форме импульсы разнообразны:

1). Прямоугольный

2). Трапецеидальный

3). Пилообразный

4). Треугольный

5). Экспоненциальный

6). Колоколообразный

Т – период повторения (отрезок времени между началом двух соседних биполярных импульсов).

– частота следования импульсов.

q – скважность периодически повторяющихся импульсов.

q – T/t_н (от 2 до 10000) – номинальная величина для устройств радиотехники, наибольшая для радиолокационных устройств.

– коэффициент заполнения импульсов, который, как и скважность, безразмерная величина.

Электронные генераторы и измерительные приборы. Общие сведения

Электронный генератор - это устройство, преобразующее электрическую энергию источника постоянного тока в энергию незатухающих электрических колебаний заданной формы и частоты.

Электронные генераторы широко используют в радиоаппаратуре, измерительной тех технике, устройствах автоматики. электронно-вычислительных машинах и т. д.

По способу возбуждения генераторы подразделяют на генераторы с независимым возбуждением и генераторы с самовозбуждением (автогенераторы). Генераторы с независимым возбуждением являются усилителями колебаний, которые вырабатывают посторонние источники. Автогенераторы сами создают незатухающие колебания за счет использования положительной обратной связи .

Среди автогенераторов можно выделить генераторы

• синусоидальных колебаний и импульсные генераторы.

• генераторы синусоидальных колебаний подразделяют на автогенераторы типа LС и автогенераторы типа RС.

Транзисторный автогенератор типа lс

Автогенераторы типа LС различают по способу создания положительной обратной связи как автогенераторы с емкостной, автотрансформаторной и индуктивной (трансформаторной) связью. Они состоят из колебательного контура, в котором возбуждаются колебания нужной частоты; усилительного элемента (транзистора), усиливающего сигнал, попадающий на его вход через цепь обратной связи; цепи положительной обратной связи, обеспечивающей подачу энергии с выхода схемы на ее вход в нужном количестве и должной фазе; источника с постоянной ЭДС, энергия которого преобразуется в колебательную энергию контуре.

Рис. 20.1 Схема транзисторного автогенератор Рис. 20.2 Колебательная характеристика

с индуктивной связью автогенератора

На рис. 20.1 приведена схема транзисторного , эмиттер, база ,коллектор транзистора Т,

(- ). Конденсатор и индуктивная катушка образуют параллельный

коле­бательный контур, и, так как конденсатор накопил определенную энергию^,

в контуре возникают свобод^­ные колебания с частотой , которая определяется

параметрами этого контура. В результате индуктивной связи между катушками

и в катушке обратной связи наводится переменное напряжение той же

частоты, авто­генератора с индуктивной связью. При подключении к источнику

питания конденсатор контура заря­жается по цепи: + , резистор что и

в контуре. Это напряжение подводится участку эмиттер - база транзистора, что

вызывает пульсацию коллекторного тока с частотой .Если обратная связь

положительная, переменная составляющая коллекторного тока усиливает колеба­ния

в контуре, что вызывает увеличение амплитуды переменного напряжения на входе

транзистора. Это, в свою очередь, вызывает новое увеличение амплитуды переменной

составляющей коллекторного тока и т. д. Нарастание амплитуды переменной

составляющей коллекторного тока ограничено, так как связь между входным и

выходным напряжением транзистора опре­деляется характеристикой, приведенной

на рис. 20.2. Надо иметь в виду, что для установления режима незатухающих

колебаний в контуре недостаточно только обеспечить положительную обратную

связь. Необходимо, чтобы потери энергии в контуре были полностью

сконденсированы усилителем за счет энер­гии источника постоянного тока.

Таким образом, незатухающие колебания в контуре генератора устанавливаются

при выполнении двух условий, которые называют условиями самовоз­буждения.

Это условие баланса фаз, которое обеспечивается положительной обратной

связью, и условие баланса амплитуд, зависящее от зна­чения

коэффициента обратной связи .