1.6 Типові схемні елементи електронних систем
1.6.1 Класифікація
Для побудови функціональних вузлів ЕС широко використовують типові поєднання розглянутих вище пасивних та активних компонентів. Такі схеми на базі електронних приладів (підсилювачі, генератори, перетворювачі) детально розглядаються в подальших розділах. Зараз зупинимось на типових схемних елементах на базі резисторів, індуктивностей та конденсаторів, які входять до складу майже всіх функціональних вузлів ЕС.
До найбільш поширених схемних елементів можна віднести: подільники напруги, генератори струму, генератори напруги, диференціюючі схеми, інтегруючі схеми, резонансні LC-контури, вибіркові RC-схеми.
Раджу детально вивчити ці схеми, їх характеристики та параметри, щоб в подальшому поданий нижче матеріал став надійним та доступним інструментом (без звернення до посібників) для вивчення простих та складних функціональних вузлів, пристроїв та систем.
1.6.2 Подільники напруги
Одним із поширених елементів електричних схем є подільники напруги (ПН), які ефективно використовують для керування потоками електронів, тобто для обробки ЕІС (рис. 1.10). Детально розглянемо процеси формування ЕІС за допомогою ПН. Звернемо увагу на наступне:
- сприйняття і розуміння процесів формування ЕІС за допомогою ПН шляхом зміни співвідношення опорів резисторів є першим кроком в освоєнні схемотехніки;
-
формування ЕІС з допомогою активних
компонентів (електронних ламп,
транзисторів) базується на тих же
процесах керування електронними
потоками, що і в ПН, але в даному випадку
комутація опорів відбувається майже
безінерційно та за законами зміни
вхідних сигналів.
Пропонуємо уважно дослідити зміни вихідної напруги при зміні опорів. При цьому необхідно звернути увагу на вплив величини опору навантаження (R2) на вихідну напругу. Дуже важливо це правильно оцінювати при побудові багатокаскадних пристроїв. Зазвичай необхідно витримувати таке співвідношення опорів: вхідний опір наступного каскаду (Rвх) необхідно витримати на рівні, що на порядок перевищує вихідний опір (Rвих) попереднього каскаду.
К
оефіцієнт
передачі ПН визначається співвідношенням:
KU
= Uвих
/ U
вх = I*R2/
Uвх,
де
I
= Uвх/
(
+ R2),
отже,
Кu = R2 / ( + R2)
Це проста, але фундаментальна формула. Використовується впродовж всього посібника.
Таке співвідношення підтверджується моделюванням подільника, за допомогою схеми, поданої на рис.1.11.
Необхідно
звернути увагу на два межових випадки:
якщо R1<<
R2,
то КU
~
1; якщо
R1
>> R2,
то КU
~ 0.
За допомогою потенціометрів (вручну) або активних компонентів (за законом зміни вхідних ЕІС) опір R2 регулюється в широких межах, а відтак коефіцієнт передачі змінюється від 0 до 1, що забезпечує відповідне керування електронними потоками, а значить - амплітудою вихідного сигналу.
При вивченні процесів формування вихідних сигналів, зокрема в електронних підсилювачах, виникають труднощі з визначенням рівнів потенціалів на електродах закритих (режим відсічки) або повністю відкритих (режим насичення) електронних приладів (електронних ламп чи транзисторів). Тому звертаємо увагу на наступне. Якщо через резистори не протікає струм, спад напруги на них відсутній, а відтак потенціали обох виводів резистора однакові та визначаються рівнем потенціалу точки, до якої підключено один з електродів. Наприклад, при відключені всіх перемикачів потенціал точки 3 дорівнює потенціалу точки 1 (на рис. 1.11 це + 12 В), тому що спад напруги на R1 відсутній. Спад напруги дорівнює нулю на резисторах R2, R3, R4, а значить потенціали точок 2, 4, 5 теж дорівнюють нулю.
В області робочих частот паразитні ємності та індуктивності резисторів можна не враховувати, а тому АЧХ подільника напруги відображається горизонтальною лінією. Відсутність частотних (лінійних) спотворень свідчить про відсутність часових спотворень, а тому форма і часові параметри імпульсів на вході та виході ПН повністю співпадають.
Зовсім інші процеси відбуваються в електричних колах при наявності конденсаторів та індуктивностей.
Подільник напруги, побудований виключно на резисторах, забезпечує постійний коефіцієнт передачі, який визначається лише співвідношенням опорів R1 та R2 і не змінюється зі зміною частоти вхідних сигналів. Для побудови ПН зі змінним коефіцієнтом передачі використовують резистори зі змінним опором – потенціометри.