Вопросы и ответы (шпоры) к экзамену по ОЭЭ / Ответы на вопросы (Шпоры) по ОЭЭ

28. Основные показатели качества стабилизаторов.

Независимо от типа стабилизатора осн. показ-ли явл.: 1. коэф. стабилизации схемы. 2.Вых. сопр-е стабилизатора. Физ. смысл коэф. стабилизации: он показыв. во сколько раз относит. измерения на входе схемы больше, чем относ. измерения на вых. при пост. напряжении. Kст=(∆Uвх/Uвх)/(∆Uвых/Uвых) при Rн=const; Кст=(∆Uвх*Uвых)/(Uвх*∆Uвых). Идеальн. стабилизация если Kст→∞. Вых. сопр-е – это приращение U нагрузки к приращению I нагрузки. Rвых= -∆Uн/∆Iн при Uвх=const

29. Усилители эл. сигналов. Усилители – устройство, кот. способно управлять энергией и использовать лишь незначит. часть для нужд управления. Вх. и вых. сигналы м.б. либо sin или гармонич., либо отлич. от sin, например, импульсн. Если усиливаемые гармонич. сигналы измен. сравнительно медленно во времени, т.е. собствен. частота сост. единицы герц и меньше, такие усилители назыв. усилителями пост. тока (УПТ). Усилители перемен тока раздел. на 1)УНЧ – усилители низк. частоты, 2)УВЧ – усилители высок. частоты, 3)широкополосн. усилители, 4)узкополосн.(избирательн.), 5)многофункцион., 6)импульсн. Усилив. мощности в осн. есть усилители тока. Импульсн. могут работать, как в линейн., так и нелинейн. режиме. Линейн. импульсн. усилители использ. для усиления видеоимпульсов. Последовательность видеоимпульсов имеет пост. составляющ. отличн. от 0, чтобы не искажать фазов. сдвиг. Нелин. усилители использ., как ограничители, кот. огранич. амплитуду, усилители логич. цифров. сигналов и силовые ключи.

30. Осн. пар-ры и хар-ки усилителей эл. сигналов.

коэф. усиления по напр-ю Ќu=Ůвых/ Ůвх; коэф. усиления по току Ќi=İвых/İвх; коэф. усиления по мощн. Ќр= Ќu* Ќi. Но можно использ. отношение действ. знач-й. Ku=∆Uвых/∆Uвх; Ki=∆Iвых/∆Iвх; Kp=Ku*Ki=∆Pвых/∆Pвх. Для нахождения общ. коэф. усилителей отдельн. каскадов, они умнож. Ќu∑ = Ќu1* Ќu2*… Ќun. Широко использ. коэф. усиления, выраж. в дБ. Ku(дБ)=20*lg(Uвых/Uвх); Ki(дБ)=20*lg(Iвых/Iвх); Kp(дБ)=10*lg(Pвых/Pвх). Динамич. диапазон

D=Uвхmax/Uвхmin; D(дБ)=20*lg(Uвхmax/Uвхmin). Uвхmaxmax уровень вх. сигнала,

при кот. вых. сигнал не выходит за пределы работы вых. усилителя. Uвхmin – сигнал, кот. превышает амплитуду собствен. шумов. Обычно сигнал/шум=3. Кажд. усилитель имеет вх. и вых. сопр-е. Rвх=∆Uвх/∆Iвх; Rвых=∆Uвых/∆Iвых. Велны часто приблежают к активн. Вых. мощн. Pвых=Uвых*Iвых. Номинальн. вых. мощн. при работе на задан. нагрузку с задан. коэф. нелинейн. искажений, кот. возникает за счет нелинейности ВАХ. КПД η=Рвых/Ро, где Рвых – номинальн. мощн.,

Ромощн. потребл. от ист-ка питания. АЧХ – зав-ть модуля коэф. усиления Ku от частоты вх. сигнала при неизмен. амплитуде в рабоч. полосе частот. |Ku|=φ(f) при Uвх=const. 1-АЧХ усилитель гарм. сигнала перемен. тока, 2- узкополосн. (избирательн.) усилилитель, 3- АЧХ УПТ. Эта хар-ка присущ. широкополосн. усилителю в знач-ях от fн до fв. Полоса пропускания усилителя (2∆f)0.707=fв-fн . fo – резонансн.(центральн.) частота избират. усилителя. Для расчета усилителя использ. логарифм. АЧХ. В полосе пропускания усилителя фазов. сдвиг сигнала=0.

Амплитудн. хар-ка – зав-ть амплитудн. знач-й U гармонич. вых. сигнала от ампл. sin вх. U при f=const. Uвых=f(Uвх) при fвх=const

Передат. хар-ка – зав-ть вых. пост. напр-я от вх. пост. напр-я. инвентир. усилитель - суммир. фазу вх. сигнала на 180о

Переходн. хар-ка – его реакция на вх. сигнал в виде сигнала включения, т.е. она строится в корд.

лин. усилителя h(t), свободн. от нач. запаса энергии, численно совпадает с формой вых. сигнала, если на вх. сигнал вкл Um*1(t).

31. Связь между переходн. хар-кой и АЧХ усилителя.

Предполагают, что в опред. диапазоне частот усилитель может представить эквив. схемой, кот. сост. из 2х элементов: емкости и активн. сопр-я. 1- не пропускает низк. частоты, а высок. хорошо пропускает. 2- хор. пропускает низк. частоты, но задерживает высок.

частоты. Rвых≈(rк||Rк)+Rн, если пренебречь Ср1. Ќu=Ku/Kmax. Зав-ть модуля коэф. передачи от частоты вх. напр-я. Ќu= Ůвых/ Ůвх=(j*ω*Rвх*Свх)/(1+j* ω*Rвх*Свх)= (j*ω*τн)/(1+j*ω*τн), где τн = Свх* Rвх.

Модуль коэф. передачи |Ќ|=1/ 1 (1/( * н ))2 при ω= ωн коэф. усиления умен. в 2 раз. ωн=1/ τн .Зная, эквив.

постоян. времени усилителя в обл. низких частот, можно всегда рассчитать нижн. граничн. частоту сигнала.

Реакция сигнала на включение h(t)=e^(-t/ τн). Вых. сигнал по форме совпадает с ПХ.

Uвых(t)=Umвых*1(t)*e^(-t/ τн). Ќu= Ůвых/Ůвх = 1/(1+j* ω*Rвх*Свых)= 1/(1+j*ω*τв),

где τв =Rвых*Свых, ω в =1/ τв. Любая сист. описыв. одними и теми же мат. зав-тями при применении различн. методов, включая АЧХ и перходн. хар-к.

32. Усилительн. каскад с ОЭ.

Основой схемы явл. биполярн. транзистор, включен. по схеме ОЭ, биполярн. транзистор подключен к генератору вых. сигнала, кот. задает диапазон соотв. частот, источник сигнала имеет внутр. сопр-е. Генератор из-за собствен. сопр-я не м.б. «напрямую» подключен к базов. цепи усилителя. Состав схемы: 1. источник вх. сигнала представлен генератором sin колебаний: eвх~, ист-к внутр. сопр-я источника вх. сигнала Rг. 2. Разделит. конд-р ср1, предназначен для развязки вых. сигнала и базов. цепи по пост. току. 3. Ист-к смещения Есм, предназначен для задания ИРТ, вел-на

эдс смещения выбир. в соотв. с задан. положением ИРТ. Режим покоя - режим при отсутствии вых. сигнала. 4. резистор базы Rб предназначен для смягчения Iб на задан. ур-не, не превышающ. предельно допустим. знач-е. Rб позволяет повысить вх. сопр-е. 5. Rк позволяет получ. усилен. по мощности сигнал в виде напряжения, кот. может использ. в дальнейш. обработке. Rэ для повыш-я вх. сопр-я схемы, для улучшения ее стабильности при изменении β коэф. передачи и измен. температуры окр. среды. 7. сопр-е Zn явл. нагрузкой усилителя, в общем случае оно комплексн., в частн. случае влияние реактивн. сопр-я нагрузки можно пренебречь и считать, что Zн=Rн. Режим ХХ соотв. случаю, когда Rн→∞. В режиме пост. тока это не схема с ОЭ, т.к. эмиттер не связан с «-» ист-ка питания. Усилитель предназначен для усиления перемен. напр- я. Поэтому Rэ шунтируется конд. бол. емкости Сэ, кот. позволяет по перемен. току – это схема с ОЭ.

32,1 Статич. ражим работы каскадов, А,В,С,Д

Расчет пар-ров ИРТ. положение ИРТ м.б. различным, поэтому различ. режимы А, реж. В, (реж. АВ), реж. С и реж. Д. Для линейн. усилителя имеет место всегда реж. А. Все режимы хар-ся углом углом отсечки коллекторн. тока. Угол отсечки коллект. тока –

половина периода sin вх. сигнала(или вых. сигнала), при кот. транзистор пропускает ток. Режим А – угол отсечки θ=π( транзистор пропускает ток в течение всего периода sin сигнала). Использ. для лин. усилителей пост. и перемен. тока, обладает мал. нелинейн. искажениями, низк. КПД, усилен. сигнал без искажений.

Режим В. угол отсечки 90о. Искажения очень

усилив. отриц. полуволну. Осн. преимущество – высок. КПД. Режим АВ – угол отсечки немного больше 90 о для того, чтобы минимизировать нелинейн. искажения, кот. могут возникнуть в двухтактн. усилителе из-за наличия зоны нечувствит-ти транзистора к малым вх. сигналам по амплитуде меньше 0,5В.

Режим С, θ=45 использ. в усилителях мощности радиосигналов. Избирательн. цепь LC колебат. контур. Раскачивает колебат. контур на его резонанс. частоте.

что в резисторн. цепь установлены 2 резистора, один из кот. Rэ2 зашунтирован больш. емкостью. Для того, чтобы одновременно повысить вх. сопр-е схемы и температурн. стабильность работы. Режим А явл. наименее экономич., но облад. наим. искажением усилен. сигнала, поэтому он использ. для построения маломощн. усилителей. Режим В,С,Л использ. для силов. усилит. устройств.

33. Расчет параметров ИРТ в схеме усилителя класса А. Наиболее корректн. расчет положения ИРТ можно выполнить с использ. эксперементальн. вх. и вых. хар-к

транзистора. Линейн. режим работы усилителя по вых. напр-ю располагается между двумя т- ками Uкэmax=Eк-Iко*Rк; транзистор заперт и находится в режиме отсечки. Uкэmin= - транзистор насыщен и работает в режиме двойн. инжекции. В лин. режиме работы схемы мы не должны давать вх. напр-я такой амплитуды, чтобы оно достигало 2-х точек Uкэmax и Uкэmin, т.к. в этих точках транзистор теряет свва усилителя и дает искажения. Поэтому в режиме А ток не должен выходить за пределы

Iбmin, Iбmax. А: Iбmin>Iко. Iбmax<Iбнасыщ. где

Iбн=(Eк-Uкнасыщ.)/(β*Rк). Uкнасыщ.= напр-е между коллектором и эмиттером в режиме двойн. инжекции транзистора (0,2В для маломощн. кремниевого транзистора). Uкн можно пренебречь. Iб соотв. ИРТ назыв. Iбпокоя. Iбп=Iбн/2. Всегда выполн. нерво в режиме А: Iбmax>> Iбmin (маломощн. кремниев. транзистор Iко=1мкА, Iбmax=1мА). Iбп=(Ек-Uкн)/(2* β*(Rк+Rэ)). Iбп соотв. Iкп= β* Iбп. Падение напр-я в цепи Uкп=Ек-Iкп*Rк≈0,5*Ек. Нахождение Есм, соотв. точке покоя транзистора режима А (соотв. ИРТ). Необх. опред-ть вх. сопр-е ОЭ по пост. току. Предположим,

что вх. источником явл. Есм. Rвхоэ(есм)=Rб+rвхоэ=Rб+rб+(β+1)*(rэ+Rэ). rвхоэ= rб+(β+1)*(rэ+Rэ), с резистором в цепи эммитера. rб –объемное сопр-е базы.

Базов. цепь транзистора. ВАХ

2. Uбэ= Uбэо+Iб*rвхо. С учетом введен. обозначений и с учетом Iко – теплового тока, найдем ЭДС эквив.

ист-ка смещения. Есмэкв=ЕсмUбэо+ Iко*Rб. Этот

Есмп=Rвхоэ*(Ек-Uкн)/(2* β*(Rк+Rэ))-Iко*Rб+

Uбэо; Iбп=(ЕсмоUбэо+ Iко*Rб)/Rвхоэ. Сопр-е эмиттерн. через температурн. потенциал. rэ =φт/Iэ= φт/((β+1)*Iбп)

34. Коэф. усиления по напряжению в схеме с ОЭ.

Ku=dUвых/dUвх; Uвх=Uсмп=eсм; Uвых=Uкп=Uк. Продифференц. Uк по eсм и найдем Ku в области ИРТ. Uк=Ек- β*Rк/Rвхоэ*[есм-Uбэо+ Iко*Rб]; Ku=dUвых/dUвх=dUк/dесм= - β*Rк/Rвхоэ. Абсолютн. вел-на Кu c ОЭ увелич. с увелием сопр-я нагрузки(Rк), с уменьшением Iн увелич. коэф. усиления. Уменьшается Ku с

ростом вх. сопр-я схемы. Более низоомн. усилитель обладает больш. Ku, нежеди высокоомн. Знак «-» показыв. наличие инверсии вх. сигнала по отношению к вх. напр- ю. Вх. сопр-е каскада с ОЭ сильно зависит от β. особенно резистора в цепи эмиттера (этот резистор стабилизирует работы каскада). Rвхоэ(есм)= Rб+rб+(β+1)*(rэ+Rэ).

Ku= - β*Rк/( Rб+rб+(β+1)*(rэ+Rэ)) ; β>>1; rэ +Rэ≈ Rэ. (β+1)* Rэ>> Rб+rб при выполнении этих нер-в, Ku практически не зависит от β. Ku≈ -Rк/Rэ, слабо зависит от

β, s[mA/B];

sоэ= β/ Rвхоэ; Ku= - sоэ *Rн, где Rн=Rк||Rн

35. Статич. передаточная хар-ка схемы с ОЭ.

Передаточн. хар-ка м.б. получена при изменении Есм от 0 до вел-ны Епит и одновремен. регистрации Uвых. В нашей схеме Uвых=Uк и схема работает в режиме ХХ. При Есм=0, Uк≈Uпит, т.к. транзистор закрыт и наход. в режиме

отсечки, по резистору Rк течет незначит. ток Iко и создает незначит. падение напр-я на Rк. Область отсеки соотв. Iбmin практич. горизонтальн. участку хар-ки. При дельнейш. увелич-и Есм, Iб заметно увелич-ся и это приводит к уменьш-ю Uвых. При достижении Есмmin Uвх схемы переходит в нормал. активн. режим(НАР) – линейн. зав-ть Uвых от Uвх вплоть до точки Есмmax. Еще большее увел-е Uвх не вызывает уменьшения Uвых, хотя ток базы растет. Область с линейн. напр-ем на коллекторе соотв. режиму насыщения, в кот. теряются усилит. св-ва. Увел-ие Uвх в области насыщения даже приводит к собствен. увели-ю Uвых (из-за Iб роста и увел-я падения напр-я на Rэ). ИРТ в лин. режиме работы усилителя каскада должна наход. между Есмmin и Есмmax ( в режиме А посеридине), кот. соотв. Iбп. Iкп= β* Iбп в ИРТ. Ампилитуда вх. сигнала отн-но Есмп не должна превышать Uмвх<=(EсмmaxЕсмmax)/2. Uкп=Ек-Iкп*Rк= Ек- β* Iбп* Rк= Ек- β*Rк/Rвхоэ*[Есмп-Uбэо+Iко*Rб], выбран. Есмп кот. наход. в серидине между min и max.

36. Коэффициент усиления по току каскада с ОЭ (перемен.)

ĩ вх = ĩ б+ ĩ см; ĩ вх≈е вх / rвхоэ + е вх /Rб. Rг

пренебрегаем(Rг=0).

ĩ б = е вх / rвхоэ; ĩ см = е вх /Rб. Ср выбран такой емкости, что он не оказыв. существен. сопр-я вх. току ( не

учитыв. его); Ki= β* ĩ б /ĩвх = β*[1-Rвхоэ/(Rвхоэ+Rб)]. Ki может быть соизмерим с β, если Rвхоэ будет

достаточно мало, Ki< β всегда

37. Способы задания ИРТ каскада

2 основных способа задания ИРТ:

1)с помощью автономного источника Есм.

2)с помощью резистивного делителя в цепи базы

1-ый способ задания мы уже решили(см.выше)

2-ой способ: не требует дополнительного источника

Есмэкв.=Ек*Rб2/Rб1+ Rб2

Rб1,Rб2 – резистивный делитель

Задание ИРТ с помощью делителя – самое простое и распространенное.

38. Входное сопротивление усилителя с ОЭ

По отношению к источнику входного сигнала зав. от сх. зад.ИРТ Если ИРТ задается автономным источником смещения, то входное сопротивление

Rвхоэ=Rб||rвхоэ

Если ИРТ задается резистивным делителем, то

Rвхоэ=Rб1|| Rб2+||rвхоэ

39. Влияние нагрузки на коэффициент усиления

Если подключить нагрузку, то она может быть включится 2мя способами:

-Rн||Rк(или просто в виде Rк)

-по отношению к проводу (см. пред. сх.)

т.к. Кu=-βRнэ/Rвхоэ, Rнэ=Rк||Rн

(при условии, что Ср2 не оказывает дополнительного сопротивления)

При увеличении Кu падает

(тока нагрузки)-(с усилителем Rн)

Наибольшее Кu достигнется при Rн→∞

40. Усилительный каскад с ОЭ с динамической нагрузкой.

Резистор в цепи коллектора Rк не позволяет обеспечить высокую загруженность и одновр. Кu.

Динамическая нагрузка позволяет повысить Кu, сохранив на сравнительно большом уровне Iкп, т.е. сохранить нагружаемость.

Сощность: резистор в цепи коллектора замыкается третьим источником тока, высоко внутреннее сопротивление.

В качестве источника тока наибольшего эфор-на сх. с ОБ.

Сх. с ОБ:VT2,Rэ2,R

VD1,VD2,VD3 – источник смещения в виде диод.стаб.

(Uб2>0,6 В – откр.сост; Uб2> Uбэ

При этом напряжение на эммиторе VT2: Uэ2=Uб2-Uбэ=Uб2-0,6 В

Iэ2=Uэ2/Rэ2=Uб2-0,6/Rэ2

Если β>>1,(α→1), то Iк2=I2 и будет определяться независимо от Uк2

R – балластный резистор стабилизатора.

41. Расчет Rб1 и Rб2 резистивного делителя.

По исходным требованиям к Rк (или Rн) и исходным требованиям к коэффициенту усиления Кu

1)Рассчитать ориентированную величину Rэ<=Rк/Кu

2)Определим ориентированную величину Iбп

Iбп=Ек-Uкн-Uэmax/2βRк , Uкн<<Ек

где Uэmax – max падение напряжения в точке Uэ

Uэmax=Iэmax*Rэ=Ек*Rэ/Rк (пренебрегая Uкн)

Uкн – U насыщенность коллектора (Uкн=0,2 В)

3) Определяем I через Rб1:

IRб1= Iбп + IRб2=Kiб* Iбп

IRб2=(Kiб – 1)*Iбп

Kiб=3..6 коэффициент резистивного делителя

Основные признаки выбора Kiб: с целью повышения термостабильности схемы ток через делитель д.б. больше, чем ток базы транзистора (малое влияние на положения ИРТ)

4) Определим ориентированную величину Есм:

Есмп=[rвхоэ*(1+1/ Kiб)*(Ек-Екн- Uэmax)/2βRк]+Uбэ0

Есмп – напряжение опирания транзистора (‘Пятка’)

5) Рассчитываем сопротивление Rб1 и Rб2

Rб1 =Ек-Есмп/IRб1

Rб2 = Есмп/IRб2

6) Уточняем напряжения

Есмп=Rвхоэ(Ек-Uкн-Uэmax)/2βRк + Uбэ0-Iк0(Rб||Rвхоэ),

где Rб=Rб1||Rб2

Uкн=0,2 В

7) Рассчитываем Iбп

Iбп=Есмп-Uбэ0+Iк0(Rб1|| Rб2+||rвхоэ)/Rвхоэ