Тема. Підсилення і генерування коливань

1. Основні показники підсилювачів.

2. Передавальна характеристика підсилювального каскаду.

3. Підсилювачі постійного струму.

4. Операційні підсилювачі.

5. Генератори. Класифікація.

6. Генератори гармонійних сигналів.

7. Поняття про модуляцію та демодуляцію.

Література:

1. Конспект лекцій з дисципліни “Електротехніка, електроніка і мікропроцесорна техніка” / Укл.: Г.В.Карандаков, В.І. Кривенко. – Київ, НТУ, 2008. – 230 с.

2. Сисоєв В. М. Основи радіоелектроніки: Підручник. — К.: Вища шк., 2004. — с. 54 – 58.

3. Будіщев М.С. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка. Підручник. – Львів: Афіша, 2001. – с. 272 - 275.

4. Паначевний Б.І., Свергун Ю.Ф. Загальна електротехніка: Підручник. 2-ге вид. – К.: Каравела, 2007. – с. 244.

Підсилювачі

Пристрої, призначені для підсилення електричних сигналів мають назву підсилювачі.

Процес підсилення є один з випадків процесу керування енергією і, в принципі полягає в тому, що надійшовший на вхід підсилювача від керуючого джерела електричної енергії слабкий сигнал керує більш сильним сигналом на його виході.

Вхідний сигнал не є джерелом енергії вихідного сигналу. Енергія вихідного сигналу утворюється за рахунок витрачання енергії електричних джерел живлення, але в той же час без сигналу на вході не утворюється і сигнал на виході.

Отже вхідний сигнал керує вихідним сигналом, джерелом енергії якого є певний пристрій живлення.

Узагальнена структурна схема підсилюючого пристрою:

Вхідний пристрій (вхідне коло) призначений для подачі підсилюємого сигналу на підсилюючий елемент, який забезпечує керування з боку вхідного сигналу вихідним, створюючи тим самим підсилення.

Підсилений сигнал передається споживачу – навантаженню підсилювача. Коло, в яке включений споживач, називається вихідним колом (вихідним пристроєм).

П ристрій живлення забезпечує роботу підсилюючого елементу і є джерелом енергії вихідного сигналу.

Підсилюючий елемент необхідний для забезпечення процесу підсилення.

Такі підсилюючі властивості має і транзистор. Як було показано вище, значення колекторного струму залежить від в основному від струму емітера і може змінюватись в широких межах при зміні напруги між емітером і базою.

В узагальненому викладі фізична суть роботи підсилюючого елемента можна розглядати як властивість його змінювати в широких межах його опір під дією вхідного сигналу. В результаті цього на опорі навантаження, який включений послідовно з підсилюючим елементом (ПЕ), здійснюється пульсація напруги і виділяється підсилений по потужності сигнал U_вих, утворений джерелом ЕРС Е завдяки протіканню струму в навантаженні.

Для більшого підсилення сигнал з виходу першого ПЕ подається на такий же елемент, тобто підсилювач може мати кілька підсилюючих елементів, що послідовно підсилюють сигнал. Частина схема, що складається з одного ПЕ із вхідними і вихідними колами, називається підсилюючим каскадом.

Умовне позначення підсилюючого каскаду:

В багатокаскадних підсилювачах розрізняють попередній і кінцевий каскади. Попередній – підсилює вхідний сигнал до рівня, що забезпечує нормальну роботу наступних каскадів. Кінцевий – забезпечує підсилення потужності сигналу до рівня, необхідного для нормальної роботи вихідного пристрою (гучномовця в акустичних системах, електродвигуна в системах автоматики і т. ін.).

Коефіцієнт підсилення – це відношення величини сигналу на виході до величини сигналу на вході підсилювача:

К_U = U_вих / U_вх; К_І = І_вих / І_вх; К_Р = Р_вих / Р_вх;

Якщо підсилювач складається з кількох (n) каскадів, то К = К₁К₂ …К_n.

Часто коефіцієнт підсилення відображають не у відносних, а в логарифмічних одиницях, тобто використовують не К, а його логарифм. Доцільність цього обумовлена тим, що органи відчуття людини сприймають підвищення сили зовнішнього подразнення не пропорційно, а значно повільніше: де

S – суб’єктивне сприйняття підсиленого сигналу;

S₀ – суб'єктивне сприйняття вхідного сигналу;

U – фактична амплітуда підсиленого сигналу;

U₀ – фактична амплітуда вхідного сигналу;

A – коефіцієнт пропорційності.

Так, якщо сила звуку підвищиться в 100 разів, то суб'єктивно це підвищення сприйметься як збільшення приблизно в 2 рази (lg 100 = 2).

Є два види логарифмічних одиниць: децибели і непери.

Співвідношення: К_[Дб] = 20lgK =20lg(U_вих / U_вх); К = 10^0,05К[Дб]

Якщо К_[Дб] = 1 Дб, то К = 1,12;

К_[Дб] = 2 Дб, то К = 1,25.

Коефіцієнт підсилення по потужності:

К_Р[Дб] = 10lgK_Р

К = 10^{0,1Кр[Дб]}

Коефіцієнт підсилення для U і І в неперах:

К_[Нп] = lnК; К = е^КНп (е 2,72).

При К_[Нп]= 1 Нп, К = е  2,72.

Для потужності: К_{Р [Нп]} = 0,5lnК_Р; К_Р = е ^{2К р[Нп]}.

При К_Р[Нп] = 1, К_Р = 7,4.

Для багато каскадних підсилювачів:

К_[Дб] = 20(lgK₁ + lgK₂ + … + lgK_n) = K_1[Дб] + K_2[Дб] + … + K_n[Дб].