7.5. Поточний самоконтроль

7.5.1. Завдання для моделювання та дослідження схем в середовищі ms

1. Побудувати модель підсилювача на базі транзисторної оптопари (рис.7.15). Дослідити залежність вихідної напруги від вхідної, побудувати амплітудну характеристику, визначити коефіцієнт підсилення та динамічний діапазон.

2. Провести дослідження підсилювача в частотній області. Визначити верхню межову частоту і коефіцієнт підсилення при зміні опору резистора R2(500 Ом; 3 кОм; 5 кОм).

Рис.7.15. Модель підсилювача на базі транзисторної оптопари

3. Дослідити підсилювач (рис.7.15.) в часовій області. Визначити тривалість переднього фронту імпульсу.

4. Побудувати модель підсилювача на базі транзисторної оптопари з електричним та оптичним керуванням (рис.7.16 ). Рис.7.16. Модель підсилювача з електричним та оптичним керуванням

Дослідити формування вихідних сигналів при надходженні інформаційних сигналів від двох джерел.

7.5.2.Контрольні запитання

1. Які переваги оптоелектронних приладів? Обґрунтуйте їх.

2. Чому оптоелектроніку вважають одним з напрямів функціональної електроніки?

3. Дайте визначення внутрішнього фотоефекту. Робота яких приладів ґрунтується на його використанні?

4. Дайте загальну характеристику напівпровідникових джерел випромінювання.

5. Дайте загальну характеристику напівпровідникових приймачів випромінювання.

6. Поясніть, як за допомогою ФД реалізується принцип реле.

7. Які процеси забезпечують підсилення фотоструму в біполярних та польових фототранзисторах?

8. Наведіть загальну характеристику основних типів оптопар.

9. Поясніть особливості та переваги оптоелектронних ІМС.

10. Чому у світлодіодах не використовують германій і кремній?

Частина ш. Функціональні пристрої реа

Розділ 8. ЕЛЕКТРОННІ ПІДСИЛЮВАЧІ

8.1. Визначення, структурні схеми та класифікація підсилювачів

Підсилювачі електричних інформаційних сигналів – це електронні пристрої на базі активних компонентів, за допомого яких вхідний малопотужний ЕІС керує значною потужністю джерела живлення, що направляється в навантаження, в результаті чого потужність вихідного сигналу значно перевищує потужність вхідного.

Принцип підсилення та структурну схему підсилювачів описано в першому розділі 1.3., рис.1.10. Нагадаємо – в електронних підсилювачах ( ЕП ) реалізується принцип реле (рис.1.9.), але керування електронними потоками відбувається значно досконаліше за рахунок плавної зміни опору активних компонентів в широких межах: від одиниць омів до сотень мегомів.

Електронні підсилювачі найбільш поширений клас електронних пристроїв. Їх класифікують за типом активних компонентів, видами міжкаскадного зв`язку, полосою частот, рівнем вихідної потужності та ін.

Для побудови ЕП використовують такі активні компоненти: електровакуумні лампи, біполярні транзистори, польові транзистори, оптоелектронні прилади, ІМС.

За типами міжкаскадного зв’язку виділяють: ЕП з резистивно – ємнісним зв’язком (RC-підсилювачі); ЕП з безпосереднім (гальванічним) зв’язком (підсилювачі постійного струму -ППС); трансформаторні каскади.

За смугою частот ЕІС, які пропускає підсилювач розрізняють:

підсилювачі низької частоти (ПНЧ, до 50 кГц);підсилювачі високої частоти (ПВЧ); відеопідсилювачі (широкосмугові), імпульсні; вибіркові ЕП.

Всі електронні підсилювачі підвищують потужність. Але в ряді випадків основним показником є підсилення струму або напруги. Тому електронні підсилювачі умовно поділяють на підсилювачі на­пруги, струму та потужності. Підсилювач напруги забезпечує на нава­нтаженні задане значення вихідної напруги. В такому режимі підсилю­вач працює, якщо виконуються умови R_вх >> R_д та R_н >> R_вих, що забезпечує відносно великі зміни напруги на навантаженні при невели­ких змінах струму на виході датчика R_д та навантаженні та R_н ( у вхідному та вихідному колах). В режимі підсилення струму необхідне виконання умов R_вх << R_д та R_н << R_вих, щоб у вихідному колі при малих значеннях напруги протікав струм заданого значення. Для підсилювача потужності умови узгодження вхідного ко­ла з джерелом вхідного сигналу та вихідного кола з навантаженням для передавання максимальної потужності мають вигляд R_вх ≈ R_д та R_н ≈ R_вих.

За характером зміни в часі вхідного сигналу розрізняють підсилю­вачі постійного та змінного струмів. Підсилювачі постійного струму працюють при нижній частоті f_н = 0. А підсилювачі змінного струму поділяються на підсилювачі низької та високої частоти.

Структура підсилювача визначається смугою частот робочого діа­пазону. За цією ознакою підсилювачі поділяють на вибіркові, для яких характерне відношення f_в /f_н <1,1 (підсилення в дуже вузькому діа­пазоні частот), та широкосмугові з f_в /f_н, яке досягає 1000 і більше.

3алежно від форм підсилюваних сигналів розрізняють підсилювачі гармонічних (синусоїдальних) та імпульсних сигналів. Оскільки імпульсні сигнали, наприклад прямокутної форми, містять в собі широкий спектр частот, імпульсні підсилювачі відносяться до класу широкосмугових. Якщо підсилення одного каскаду недостатньо, то як на­вантаження R_н використовується вхідне коло другого підсилюваль­ного каскаду, вихід якого під'єднується до входу третього каскаду і т. д. Підсилювач, що має кілька ступенів підсилення, називають багатокаскадним. Так, за структурою розрізняють однокаскадні та багато­каскадні підсилювачі. Трансформаторний зв'язок використовується лише в кінцевих кас­кадах підсилення потужності для узгодження підсилювача з наванта­женням.

Дедалі більше в підсилювальній техніці використовують опера­ційні підсилювачі в інтегральному виконанні, які одночасно задоволь­няють багатьом названим вище умовам. Такі підсилювачі здебільшого підсилюють напругу і використовуються для підсилення сигналів як постійного, так і змінного струму в широкому діапазоні частот.