Лекция 1

1.1. Классификация электронных схем

Электронные схемы делятся на:

• аналоговые (напряжение и ток меняются непрерывно и описываются математическим аппаратом дифференциального и интегрального исчисления и комплексных переменных);

• цифровые (два уровня напряжения меняются дискретно и описываются алгеброй логики).

Принято разделять элементы и схемы на:

• активные (транзисторы: в них имеется возможность усиления по мощности);

• пассивные (резисторы, конденсаторы, диоды, индуктивности);

• линейные (в них ток пропорционален напряжению, соблюдается закон Ома, выполняется принцип суперпозиции);

• нелинейные (характеризуются вольт-амперными характеристиками, имеющими нелинейный вид).

1.2. Делители напряжения

Простейший делитель напряжения − это схема, которая для данного напряжения на входе создает на выходе напряжение, являющееся некоторой частью входного. Делители напряжения часто используются в схемах для получения заданного напряжения из большего.

Рис. 1.1. Простейший делитель напряжения

Так как для делителя , то , а коэффициент передачи .

1.3. Теорема об эквивалентном преобразовании источников (генераторов)

Сколь угодно сложную схему, состоящую из резисторов и источников напряжения и имеющую два выхода, можно представить в виде эквивалентной схемы, состоящей из одного эквивалентного резистора R_ЭКВ, последовательно подключенного к одному источнику эквивалентного напряжения U_ЭКВ.

R₁

R₂

U₁

R₃

U₂

Рис. 1.2. К эквивалентному преобразованию источников напряжения

При этом U_ЭКВ определяется как напряжение на выходе разомкнутой схемы, а , где I_{ЗАМКН.СХ.} – ток, протекающий при коротком замыкании выхода схемы. На практике U_ЭКВ и I_{ЗАМКН.СХ.} можно рассчитать или измерить.

Применим эту теорему к делителю напряжения:

, .

Замыкаем R₂ – выход схемы – и получаем .

С учетом получаем .

Таким образом, эквивалентное сопротивление делителя, состоящего из резисторов R₂, R₁, является параллельным соединением последних ( ).

1.4. Понятие о динамическом сопротивлении

Для элементов, имеющих нелинейные вольт-амперные характеристики (ВАХ), закон Ома не выполняется. Однако небольшие приращения напряжения и соответствующие приращения тока можно считать пропорциональными.

Рис. 1.3. К понятию динамического сопротивления

Сопротивление в данной точке ВАХ называется динамическим сопротивлением: R_ДИН = dU/dI.

1.4.1. Стабилитрон

Стабилитрон (зенеровский диод) характеризуется наличием участка пробоя на обратной ветви ВАХ. Обладает свойством самовосстановления после пробоя. Характеризуется напряжением стабилизации U_СТАБ при заданном токе I_СТАБ и динамическим сопротивлением R_ДИН. Стабилитрон используют для получения постоянного напряжения. Простейший стабилизатор напряжения представляет собой делитель напряжения, в котором в качестве второго сопротивления используется динамическое сопротивление стабилитрона.

R₁

а б в

Рис. 1.4. Простейший стабилизатор (а), его эквивалентная схема (б) и вольт-амперная характеристика стабилитрона (в)

Процесс стабилизации осуществляется за счет источника входного напряжения (причем ) и может быть представлен в виде следующей цепочки рассуждений:

и, наоборот,

Здесь знаки «» («») означают увеличение (уменьшение) параметра, знак «» означает следствие. Недостатком данной схемы является большой уровень пульсации.

Пример:

Пусть R_ДИН = 10 Ом; U_СТАБ = 5 В; I _СТАБ = 10 мА. Если на 10% изменится ток, то Таким образом, .