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

50) Область высоких частот.

На характеристики усилителя в ОВЧ влияет задание коэффициента передачи тока от частоты и напряжения емк. колл-ого перехода Ck , емк. нагрузки Cн . Понижение || коэффициента усилителя в ОВЧ обуславливается снижением β и шунтирующим действием конденсаторов Ck и Cн ; в ОВЧ понижение коэффициента усиления каскада характеризуется коэффициентом частотного искажения.

Каждая из этих составляющих может быть охарактеризована

Ck – усредненная емкость кол.пер.

Cн – емкость нагрузки.

rk(э) – диф.сопр. кол.пер. в схеме в общим эмиттером

В ОВЧ линейный фазовый сдвиг между вх и вых сиг. φв. Создается каждым каскадом

иопределяется

в arctg( rв ) - фазовый сдвиг отриц.

Т.е. вых сигнал отстает по фазе от вх, это связано с тем что Uконд отстает от Iконд.

Для многокаскадного усилителя

Yâ Yâ1 Yâ2 Yâ3 ... YâN

общий фазовый сдвиг

â â1 â2 ... âN

При расчете усилителя в ОВЧ необходимо обеспечивать верхнюю частоту пропускания, поэтому расчет сводится к выбору транзистора и уравнения частотного искажения.

51) Амплитудная характеристика усилителя.

отражает зависимость амплитуды выходного сигнала от изменения амплитуды напряжения на входе , при этом частота входного сигнала поддерживается постоянной.

АХ нужна для оценки предельных изменений входных и выходных сигналов.

Особенность: не проходит через начало координат, это объясняется тем что, на выходе есть U собственных шумов, поэтому min значение входного усиливаемого сигнала определяют с учетом уровня шумов.

Участок 2-4 соответствует зависимости амплитуды Uвых от Uвх

Вточке 4 б.зам. начала нелинейного искажения сигнала

Вточке 5 вместо sin сигнала получается сигнал по форме напоминающий трапецию

На уровне Uпит сх

U min

По величине Ku _ ср определяют чувствительность усилителя

При этом Umin, кот. Использовалось в качестве усилительного сигнала, как правило превышает уровень собственных шумов в определенное число раз

сиг нал 3 шум

по

D U max

U min динамический диапазон усилителя

чем больше D, тем качественней схема усилителя.

52) Фазочастотные искажения.

Наличие конденсаторов приводит к тому что появляются фазочастотные искажения.

В полосе средних частот влияние конденсаторов не проявляется, поэтому фазовый сдвиг возможен на величину N - где N – число каскадов усилителя.

С понижением частоты входящего сигнала появление фазового сдвига обусловлено тем, что ток в цепях конденсаторов опережает напряжение, поэтому фазовый сдвиг выходного напряжения в усилителе относительно входного имеет опережающую характеристику.

Общий угол сдвига равен сумме углов сдвига, создаваемых всеми конденсаторами.

В целом, влияние всех конденсаторов вызывает спад АЧХ на низких частотах и увеличение опережающего фазового сдвига.

53) Усилители постоянного тока.

Устройство, предназначенное для усиления сигнала медленно меняющегося во времени вплоть до постоянного напряжения, по существу это сигналы с нулевой частотой следования.

Для того, чтобы усилить сигнал постоянного тока, по-видимому источник входного сигнала и входную цепь усилителя з.им. гальваническую связь между собой, здесь конденсаторы и трансформаторы не применимы, то же касается многокаскадного УПТ.

Наличие гальванической связи создает определенные трудности в расчете ИРТ каскада,

т.к. дрейф ИРТ тока каскада будет усиливаться, что приведет к значительному дрейфу выходного напряжения.

В УПТ наличие гальванической связи предполагает другую схемотехнику построения этих каскадов.

Дрейфом называется самопроизвольное изменение выходного сигнала при постоянном входном сигнале.

Основные причины дрейфа: нестабильность напряжения питания, температура и временная нестабильность параметров, температура и временная нестабильность других элементов схемы (резистор)

Напряжение дрейфа будем обозначать ∆Uвыхдр, обычно определяется при закороченном входе усилителя, напряжение дрейфа определяют по приращению выходного напряжения.

Качество определяют по приведенному дрейфу (дрейф приведен ко входу усилителя)

eдр Uввыдр

Ku

с учетом приведенного дрейфа определяют диапазон изменения входного напряжения, т.е. eдр , при котором Uвыхдр составляет незначительную часть от полученного сигнала.

В зависимости от конкретных требований предъявляемых к УПТ, принимают превышение полученного сигнала в сотни а то и тысячи раз.

При выборе схемотехники очень пристальное внимание уделяют стабильности ИРТ, при изменении Uпит и изменении температуры.

Принципиально более стабильными каскадами являются дифф. каскады, которые составляют основу всех УПТ.

54) Нелинейное искажение.

На амплитудной характеристике можно увидеть, что большой уровень входящего сигнала (точки 4,5) приводит к искажению выходящего сигнала, которое связано с нелинейностью амплитудной характеристики, что связано с нелинейностью элементов, их ВАХ.

Искажение сигнала характеризуется коэффициентом нелинейного искажения.

Кол-но можно оценить, разложив выходной сигнал на составляющий спектр и оценить вес гармонических составляющих этого сигнала, который появляется при искажении сигнала.

Абсолютный неискаженный сигнал не имеет гармоник выше тока.

Коэффициент нелинейного искажения (КНИ)

P1, P2, P3 – мощность выделяемая по гармоники сигнала

КНИ 1-2% на глаз практически не заметно.

55) Дифференциальные усилительные каскады.

Каскад построенный по принципу сбалансированного моста. 2 плеча

построены на Rk1 и Rk2, а 2 других транзистора Т1 и Т2. Выходное

напряжение снимается между колл. транзистора.

Коллектор транзистора подключается к источнику питания.

Эмиттер транзистора подключается к источнику ek2 через источник тока.

По абсолютной величине эти напряжения ek1 и ek2 равны между собой, по знаку – противоположны.

Основное назначение ek2 – снизить потенциал эмиттера относительно земли. Это снижение потенциала позволит подавать на вход каскада разнополяр. Сигнала (в отличии от ОЭ). Он может усиливать положительные и отрицательные сигналы. По входящим сигналам дифференциальный каскад допускает подачу сигналов от двух источников Uвх1 и Uвх2 независимо друг от друга. Второй вход при этом заземляется.

Можно подать сигнал между двумя входами (дифференциальный входящий сигнал)

Схема каскада требует применения в идеально идентичных транзисторах Т1 и Т2 (близкие по параметру)

Благодаря этой конструкции Uвх1=Uвх2=0 достигается баланс моста и напряжение снимается с диал. Моста Uвых=Uвых1-Uвых2=0

В реальном усилителе существует разброс параметров транзистора. Этот разброс по коэффициенту передачи тока, неравны токи.

Дрейф в дифференциальном каскаде много меньше чем в каскаде ОЭ.

Особенно стабильными параметрами обладает дифференциальный каскад в ингр. исполнении.

56) Принцип действия каскада при наличии входящего сигнала.

Рассмотрим Uвх1>Uвх2; Uвх2=0

Под воздействием сигнала по первому входу через вход цепи обоих транзисторов будет протекать входящий ток, увеличение тока базы первого транзистора и уменьшение тока базы второго транзистора.

При наличии входящих сигналов по первому входу ток эмиттера и коллектора первого транзистора увеличатся ток эмиттера второго транзистора будет уменьшаться, т.е. сумма токов Iэ1+Iэ2=Iэ остается постоянной.

Если Iэ2 уменьшится, то Iк2 уменьшится, то изменение тока коллектора первого и второго транзисторов вызовет изменение напряжения на сопротивлении.

Uк1 = Eк1 – Iк1Rк1 – уменьшится, т.к. Iк1 увеличится

Uк2 = Eк1 – Iк2Rк2 – увеличится

Далее рассмотрим способы подачи сигналов на выход со стор. коллектор первого транзистора является инвертируемым, а со стороны коллектора второго транзистора – неинвертируемым. Сигнал снимаемый между коллекторами транзистора называется дифференцируемым. Этот сигнал будет удвоен.

Uвых = Uк1 – Uк2 = 2∆Uк по отношению к сигналу на коллекторе.

Изменение выходного сигнала будет прекращено, если ток базы одного из транзисторов станет равен нулю, ток эмиттера будет протекать через один транзистор.

Если полярность входного сигнала изменить на противоположную или подать Uвх2>0, Uвх1=0, то процессы в схеме будут протекать аналогично но с противоположными знаками приращений.

57) Передаточная характеристика дифференциального каскада. Смещение нуля.

Uвых1 – инвертируемого усилителя

Uвых2 – неинвертируемого усилителя.

Кривые передаточной характеристики не проходят через 0, это объясняет неидентичность компонентов схемы дифференциального каскада. Ввиду этого в схеме им. расбаланс, характеристикой Uсм0

Uсм нуля будем называть напряжение, которое необходимо подать на вход дифференциального каскада для создания режима баланса (для создания 0 на выходе)

58) Режим баланса. Параметры ИРТ.

Соединение в схеме проводом оба входа

Uвх=Uвх1=Uвх2=0

Ток эмиттера делится поровну между двумя транзисторами

Iэ1 Iэ2 I2э

Знание токов в эмиттере определяется входящими токами смещения

Iвх см или базовый ток показывает Iбп

равенство эмиттерных токов будет соответствовать равенству коллекторных токов.

Iк1 Iк2 I2э I2э

Uк1 Uк2 Uбба Eк IээR

2 , где Rк1=Rк2=Rк

это состояние баланса.

59) Коэффициент усиления дифференциального каскада по напряжению.

Определим Iвх при одинаковых параметрах транзисторов

Iвх создается приращением коллекторных токов Iк Iк ;

Uвых1,2 Iк Rк Iвх Rк

При подстановке в последнее равенство выражения для входящего тока получаем

Rн ; Rr 0 : Ku Rк

при rб (1 )rэ

Вывод: если сравнивать каскад с ОЭ и диф. Каскад, то

|Ku| по вых1 и вых2 равен половине коэффициента усиления

Ku коэффициенту усиления каскада с ОЭ