Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Бобровников Л.З. Радиотехника и электроника учебник

.pdf
Скачиваний:
39
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
15.7 Mб
Скачать

IV. Плазменные приборы.

 

1-й элемент

обозначения — буква, указывающая тип прибора: А — ком­

мутаторы, ГГ —

выпрямительные диоды (газотроны) с газовым

заполнением,

ГР — выпрямительные диоды, заполненные парами ртути, ГГР —

выпрямитель­

ные диоды с газово-ртутным заполнением, ГХ — выпрямительные диоды тле­ ющего разряда, ГШ — генераторы шумов, СГ — стабилитроны, ИН — цифровые индикаторы тлеющего разряда, И — игнитроны, ОГ — декатроны, Р — раз­ рядники, ТГ — тиратроны с газовым заполнением, T P — тиратроны, запол­ ненные парами ртути, ТГР — тиратроны со смешанным газово-ртутным запол­

нением,

ТГИ — импульсные тиратроны, Т Х

— тиратроны тлеющего разряда,

Т Х Д

аркатроны; 2-й

элемент обозначения — номер заводской

разработки;

3-й

элемент обозначения

для маломощных

приборов — буква,

указывающая

на конструктивное оформление (как и у маломощных электронных ламп); 4-й элемент обозначения для маломощных приборов — дробь, числитель указы­ вает анодный ток в амперах, знаменатель — максимальное обратное напряже­

ние

в

киловольтах.

 

 

 

 

 

V.

Полупроводниковые

приборы.

 

 

 

1-й элемент обозначения — буква или цифра, указывающая

на

материал,

из

которого выполнен прибор: Г

(или 1) — германий, К (или

2) —

кремний,

А (или 3) — арсенид галлия; 2-й элемент обозначения — буква,

указывающая

тии

прибора: А — диоды

СВЧ,

В — варикапы, Д — диоды выпрямительные

и детекторные, И — туннельные диоды, Н — динисторы, П — полевые транзи­

сторы, С — стабилитроны, Т — биполярные транзисторы, У —

тиристоры,

Ф — фототранзисторы и фотодиоды, Ц — выпрямительные блоки;

3-й элемент

обозначения — трехзначное число, указывающее на мощность прибора, диапазон рабочих частот или разновидность прибора. В частности, для биполярных тран­ зисторов числа обозначают: 101—199 — мощность менее 0,3 вт, рабочие частоты до 3 мгц; 201—299 мощность до 0,3 вт, рабочие частоты до 30 мгц; 301—399 мощ­ ность до 0,3 вт, рабочие частоты выше 30 мгц; 401—499 — мощность до 1,5 вт, рабочие частоты до 3 мгц; 501—599 — мощность до 1,5 вт, рабочие частоты до 30 мгц; 601—699 — мощность до 1,5 вт, рабочие частоты свыше 30 мгц; 701 — 799 — мощность более 1,5 вт, рабочие частоты свыше 30 мгц; 801—899 — мощ­ ность более 1,5 вт, рабочие частоты до 30 мгц; 901—999 — мощность более 1,5 вт, рабочие частоты свыше 30 мгц; 4-й элемент обозначения — буквы или

цифры,

отличающие приборы одинаковой серии по конструктивному признаку

или по

различию некоторых параметров.

 

VI.

Фотоэлектрические

приборы.

 

1-й

элемент обозначения — буквы, указывающие

на вид прибора: Ф —

вакуумные фотоэлементы,

ФС — фоторезисторы; ФЭУ

— фотоэлектронные ум­

ножители, ЛИ — передающие телевизионные трубки; 2-й элемент обозначения—

заводской номер разработки или буква, указывающая

на конструктивные осо­

бенности.

 

 

 

 

Упражнения к главе X I

 

1. Какие элементы вызывают отказы приборов: а) электросветовых; б) фо­

тоэлектронных; в)

магнитных; г)

диэлектрических; д)

химотронных?

2. Рассчитайте

среднее время

безотказной работы

Вашего: а) телевизора;

б) радиоприемника, считая, что отказы вызываются только лампами и транзи­ сторами, а остальные детали являются абсолютно надежными.

3.Определите среднее время безотказной работы аппаратуры, выполненной

сиспользованием 10* однотипных транзисторов, если известно, что за 400 ч

испытаний

100 транзисторов вышло из строя два.

4. Как

изменяет радиация свойства: а) магнитных, б) диэлектрических

усилителей?

 

Р А З Д ЕЛ ТРЕТИЙ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ

Конечной задачей, решаемой радиоэлектронной аппаратурой,, является преобразование сигналов: выполнение над ними заданных операций, в результате которых сигналы принимают форму, наиболее удобную для дальнейшей обработки.

Если известен входной сигнал и задан желаемый выходной, то могут быть определены как временные, так и частотные характери­ стики аппаратуры: амплитудно-фазовая характеристика, переход­ ная функция или импульсная реакция. По определенным частотным или временным характеристикам можно осуществить синтез аппара­ туры, обладающей заданными свойствами. При этом следует заме­ тить, что имеется целый ряд ограничений и определенных правил, которые надо соблюдать при задании формы желаемого выходного сигнала, в противном случае аппаратура не всегда может быть физи­ чески реализована. В частности, невозможно создать устройство, сигнал на выходе которого появляется ранее входного сигнала, в любом реальном устройстве выходной сигнал всегда запаздывает относительно входного (иначе было бы возможно создание «машины времени»). Задача синтеза является неоднозначной, поскольку в об­ щем случае аппаратура может быть выполнена как линейная, нели­ нейная или параметрическая. И даже если бы для синтеза использо­ вались только линейные (или квазилинейные) элементы, то все равно решение было бы существенно неоднозначным: всегда имеется бес­ численное множество возможных путей технической реализации устройства с заданными свойствами.

Наиболее простым методом синтеза является линейная каскад­ ная реализация. Этот метод основан на представлении амплитудно-

фазовой характеристики

(определенной

по заданному

входному

и выходному сигналам) в виде отдельных

простейших сомножителей

К* (/со) = К,

(/со) Кг (/со) К3 (/со) . . . К п (/со).

(118)

Каждый сомножитель представляет собой амплитудно-фазовую характеристику отдельного стандартного функционального узла: усилителя, фильтра, интегратора, задерживающего устройства и т. д.

Например, пусть в результате расчета определена амплитуднофазовая характеристика в виде

Kz

(/со)

Sy

(/со)

/ 100со5

 

(119)

Sx

(/со)

AB—aP+ja(A

+ B) '

 

 

 

Знаменатель дроби может быть разложен на множители

АВ — со2 + j©(А + В) = (А + /со) + /со).

Это позволяет представить амплитудно-фазовую характеристику в виде четырех сомножителей

^(7со) = ( - Ю ) ( - 1 0 ) - ^в. ^ .

Первые два сомножителя — коэффициенты усиления двух обыч­ ных усилителей с общим эмиттером (знак минус обусловлен инвер­ сией фазы на 180°); третий сомножитель — коэффициент передачи дифференцирующей цепи; четвертый — коэффициент передачи инте­ грирующей цепи. Устройство, реализующее заданную характери­

стику, имеет функциональную

схему,

приведенную на рис. 54, а.

Для этой схемы: А = [RICIY1;

В =

[R2C2]-1.

 

6

 

 

Рис. 54.

 

Очевидно,

что данная схема не является единственно

возмож­

ной — можно

предложить множество различных схем,

отлича­

ющихся не только начертанием и порядком включения отдельных функциональных узлов, но и их конкретным выполнением (рис. 54, 6, в, г). Какая из множества возможных схем реализации заданной характеристики является наилучшей? На этот вопрос объективно можно ответить лишь на основании учета множества дополнительных требований, налагаемых технологией производства, стоимостью, на­ дежностью, экономичностью, удобством эксплуатации, возможностью ремонта, условиями работы, допустимыми габаритами и весом и т. д. В оптимальном учете основных и дополнительных факторов и состоит искусство инженера-конструктора, позволяющее ему выбрать наи­ лучшую схему устройства.

Таким образом, для каскадной реализации необходимо иметь набор стандартных функциональных узлов и элементов и знать их спектральные (или временные) характеристики. Количество функ­ циональных узлов и элементов сравнительно невелико, поскольку невелико и число операций, совершаемых над непрерывными и дис­ кретными сигналами. К числу основных операций относятся:

1) усиление (ослабление) интенсивности сигнала;

122

2) фильтрация (избирательное выделение или подавление отдель­ ных составляющих);

3) трансформация (перенос) спектра сигнала;

4)

преобразование

формы

(спектра) сигнала;

 

 

5)

дискретизация

непрерывных

сигналов;

 

 

 

6)

преобразование дискретных сигналов в непрерывные;

7)

генерирование сигналов заданной формы (спектра);

 

8)

сравнение сигналов (измерение их параметров);

 

9)

наложение

информационных

признаков

на

сигналы

(модуля­

ция);

 

 

 

 

 

 

 

 

10)

выделение

информационных признаков (детектирование);

11)

запоминание

(запись

или

задержка

на

некоторое

время)

ивоспроизведение сигналов;

12)передача сигналов в пространстве (электрорадиосвязь);

13)математические преобразования непрерывных сигналов (сло­

жение и вычитание, умножение и деление, возведение в степень и извлечение корня, интегрирование и дифференцирование, логариф­ мирование и потенцирование);

14) логические преобразования дискретных сигналов (логическое сложение — «ИЛИ»; логическое умножение — «И»; логическое отрицание «НЕ»).

Все эти операции осуществляются с помощью линейных, нелиней­ ных и параметрических функциональных узлов.

Глава X I I

ЛИНЕЙНОЕ УСИЛЕНИЕ СИГНАЛОВ

Под термином усиление обычно понимается увеличение интенсив­ ности сигналов при сохранении неизменной их формы (спектра):

 

у (t) = кгх (t — т)

или

Sy (/со) = k^S,, (/со) е"/ 0 ) \

где кг

и к2 — постоянные, не зависящие ни от времени, ни от час­

 

тоты.

 

 

Как

показано в § 7,

в процессе усиления происходит задержка

сигнала во времени: выходной сигнал появляется с некоторым запоз­ данием относительно входного. Очевидно, что усилители должны быть линейными устройствами и их усилительные свойства не должны за­ висеть ни от уровня сигнала, ни от его спектрального состава.

Из этого следует, что в усилителях должны использоваться ли­ нейные безынерционные элементы. Однако все активные элементы (лампы, биполярные и полевые транзисторы, туннельные диоды и т. д.) являются нелинейными элементами и обладают весьма огра­ ниченным линейным участком амплитудной характеристики, а их усилительные свойства в более или менее сильной степени зависят

123

от частоты управляющего сигнала, что обусловлено инерционностью происходящих в них процессов, а также наличием междуэлектрод­ ных емкостей и индуктивностей электродов и подводящих проводов. И наконец, параметры сопротивлений нагрузки и согласующе-раз- делительных пассивных элементов в схемах усилителей зависят от частоты. Вследствие этих причин при усилении сигналов неизбежно происходят нелинейные, частотные и фазовые искажения их формы (спектра), которые могут быть сведены в каждом конкретном случае к минимальному допустимому значению. В частности, с нелиней­ ными искажениями борются: а) путем ограничения динамического диапазона сигнала; б) линеаризацией существенно нелинейной вольтамперной характеристики (введением большой постоянной составля­ ющей); в) компенсацией противоположной нелинейностью; г) устра­ нением (фильтрацией) продуктов нелинейного усиления.

Для уменьшения амплитудно-частотных искажений применяют коррекцию — компенсируют неравномерность амплитудно-частотной характеристики. Фазовые искажения, обусловленные нелинейностью фазово-частотной характеристики усилителя, устраняются обычно вместе с амплитудно-частотными при коррекции. Иногда применяются специальные схемы фазовых корректоров.

В общем случае неискажающий усилитель может быть выполнен как: линейный (при ограничении динамического диапазона сигнала и линеаризации нелинейной вольт-амперной характеристики); нели­ нейный (с устранением вредных продуктов, обусловленных нелиней­ ностью); параметрический (линейный и нелинейный).

В зависимости от спектра сигнала усилитель должен пропускать (с допустимыми амплитудно-частотными и фазово-частотными искаже­ ниями) относительно широкую полосу частот — от самых низких (иногда начиная от постоянного тока) до весьма высоких частот (сотни—тысячи мегагерц) или сравнительно узкую полосу частот, сосредоточенную вблизи некоторой центральной (несущей) частоты. В первом случае в усилителе должны использоваться апериодические (нерезонансные) нагрузочные и согласующе-разделительные цепи с минимальной зависимостью коэффициента передачи от частоты. Уси­ лители первого типа принято называть апериодическими. В зависи­ мости от того, в какой части спектра сосредоточена главная часть энергии сигнала, апериодические усилители могут быть выполнены как: а) усилители постоянных и медленно изменяющихся напряже­ ний и токов с полосой пропускания от нуля до десятков кгц; б) уси­ лители напряжений звуковых частот (20 гц—20 кгц); в) широко­ полосные усилители, предназначенные для усиления сигналов, спектр

которых

может быть чрезвычайно широк — от сотых долей герца

до сотен

Мгц.

В случае относительно узкополосных сигналов целесообразно применять в усилителях резонансные нагрузочные и согласующеразделительные цепи, имеющие достаточно плоские амплитудночастотные и сравнительно линейные фазово-частотные характери-

124

стики лишь в узкой полосе частот. Применение резонансных цепей позволяет существенно увеличить усиление за счет резонансного увеличения токов и напряжений в колебательных LC контурах. Потребность в применении резонансных усилителей одинаково ве­ лика в любой области частот, начиная от самых низких и кончая самыми высокими. Однако резонансные LC контуры могут быть выполнены только на сравнительно высоких частотах (выше несколь­ ких десятков герц). Поэтому в области низких частот используются квазирезонансные RC цепи. В зависимости от полосы пропускания резонансные усилители делятся на узкополосные и широкополосные. К узкополосным обычно относят усилители, у которых отношение

If- ^ 1,

к

широкополосным

т £ - > 1 .

 

 

Здесь

/ н

и / в

— соответственно

нижняя

и верхняя

граничные

частоты

полосы

пропускания.

 

 

 

К важнейшим

характеристикам

линейных

усилителей

относятся

амплитудно-фазовая и амплитудная характеристики, а также пере­ ходная функция. Амплитудно-фазовая характеристика К (/со) назы­ вается обычно комплексным коэффициентом усиления. Коэффициент усиления определяется как отношение амплитудных или эффектив­ ных значений выходного синусоидального напряжения (тока, мощ­

ности) ко входному синусоидальному

напряжению (току,

мощности):

К и (/со) =

;

 

Кг

Щ =

^ Т Т '

 

UBX

(<»)

 

 

 

^вх (Ш)

 

К

* № =

%

$

$ :

 

(120)

Амплитудная характеристика

выражает

зависимость

величины

выходного напряжения от величины входного напряжения:

 

^вых =

^ ( ( 7 в х ) -

 

(121)

Нелинейность амплитудной характеристики принято оценивать

коэффициентом

нелинейных

искажений

 

 

 

Кн =

+

2 ЮО%,

(122)

где 17г, U2, ( 7

3 , . . ., Un

напряжения

основной частоты,

второй,

 

третьей, . . .

и гс-й гармоник на выходе усилителя

 

при воздействии на входе синусоидального

напря­

 

жения

с основной частотой.

 

К основным параметрам усилителя, получаемым из амплитуднофазовой и амплитудной характеристик, относятся: а) полоса пропус­

кания; б)

коэффициент усиления (на

некоторой

средней частоте);

в) динамический диапазон, в пределах

которого

усилитель может

считаться

линейным.

 

 

125

§ 5 1 . Обратная связь

Под обратной связью понимается передача сигнала с выхода усилителя на его вход. Цепь обратной связи образует в усилителе замкнутый путь, по которому могут циркулировать электрические сигналы. Обратная связь применяется не только в усилителях, но и в различных устройствах управления, автоматики и вычислитель­ ной техники.

Цепь обратной связи позволяет передать реакцию системы на

какое-то произвольное

воздействие с ее выхода обратно

— на вход.

 

 

И в зависимости от того, благо­

 

'lux

приятно или

неблагоприятно

это

K,(jw)

воздействие,

или

увеличить взаи­

 

 

 

модействие

 

системы

с

воздей­

 

 

ствием,

или

нейтрализовать,

 

 

скомпенсировать

его.

 

 

 

 

 

Это говорит о том, что обрат­

 

 

ная связь позволяет создать само­

Рис. 55.

 

регулирующуюся

систему,

кото­

 

рая находится в состоянии дина­

 

 

 

 

мического

равновесия.

 

 

 

Следует отметить,

что понятие обратной

связи

имеет

смысл

для

систем, обладающих однонаправленными усилительными свойствами. Если система в одинаковой мере передает (усиливает) сигналы как со входа на выход, так и обратно, то понятие обратной связи не имеет смысла. Равным образом не имеет смысла говорить об обратной связи в случае пассивных (не усилительных) систем.

На рис. 55 приводится блок-схема усилителя с линейной безынер­ ционной обратной связью. Пусть коэффициент усиления усилителя без обратной связи Ко (/со). Обратная связь приводит к тому, что часть напряжения с выхода подается снова на вход усилителя, Если коэффициент передачи цепи обратной связи 6 (/со), то на входе усилителя действует напряжение обратной связи UQ с = В (/со) С/в ы х . Это напряжение суммируется по правилу сложения векторов со вход­ ным напряжением сигнала, так что на вход усилителя действует

результирующий сигнал, определяемый как

£ / в х 2 =

UBX +

<70 с

=

= UbX + В (/со) <7В Ы Х ,

который затем усиливается

в Ко

(/со)

раз,

в результате чего на выходе появляется напряжение

 

 

 

С7ВЫХ =

К0 (/со) [UBX + В (/со)

ивш].

 

 

 

Полученные соотношения позволяют проанализировать, как изменился коэффициент усиления при замыкании цепи обратной связи. На входе усилителя в целом, т. е. на входе сумматора, дей­ ствует сигнал £ 7 В Х ; на входе собственно усилителя величина сигнала

126

изменяется £7ВХ

s == (*7ВХ + U0 с . Очевидно, что коэффициент уси­

ления собственно

усилителя остался неизменным

UBX + $ (/со) ивЫх

Однако коэффициент усиления в целом изменился

U вх

Для его определения надо решить уравнение

£ в ы х = К0 (/to) [UBK + Р (/со) ивых]

относительно t 7 B b I X , в результате чего

ттК0 (/СО) UBX

а затем, подставив его в выражение К% (/со), получим

К ^ =

i - p w t w •

( 1 2 3 )

Таким образом, введение в усилитель обратной связи с коэффи­ циентом р (/со) i f о (/со) привело к тому, что коэффициент усиления изменился в

 

[1 - Р(/со)# 0 (/со)] - 1раз .

(124)

В общем случае коэффициент обратной связи — величина ком­

плексная:

 

 

р (/со) К0 (/со) =

М (/со) - А (со) + / 5 (со) = М (со) е*»( « \

(125)

где Л/ (со) = 2 (со) - f Z?2

(со)]2 модуль коэффициента обратной

связи;

чр (со) = arc t g ^ | ^ — фаза обратной связи.

Виды обратной связи принято классифицировать по знаку коэф­ фициента обратной связи. Обычно различают четыре вида обратной

связи: положительную, отрицательную,

комплексно-положительную

и

комплексно-отрицательную.

 

называется

такая

обратная

 

Положительной

обратной

связью

связь, при которой

модуль

коэффициента

обратной 'связи 0

<

<

М (со)

1, а фазовый

множитель

ср (со)

=

±2зх (2п)

(п =

0,

1 , 3 , . . . )

при заданных значениях сон ^ со ^

о в .

 

 

 

 

Очевидно, что при этих условиях коэффициент обратной связи

величина

действительная

и

положительная.

 

 

 

 

127

При отрицательной обратной связи модуль коэффициента обрат­ ной связи может быть любым, однако фазовый множитель может принимать значения, кратные я

 

<р(ш)= ±л(2п

1)

(га = 1, 2, 3 . . .)•

При этих

условиях коэффициент

обратной связи — величина

действительная

и

отрицательная.

 

связь наблюдается в случае,

Комплексно-положительная

обратная

когда <р (со) <

±

у .

 

 

 

При комплексно-отрицательной

обратной связи фазовый множи­

тель ф (со) >

±

 

 

 

 

При положительной обратной связи напряжение обратной связи совпадает по фазе с входным напряжением, в результате чего коэффи­ циент усиления увеличивается

 

K$(j<o)=-

 

Ко(>Ш)

 

~

 

К о { } ( 0 )

 

 

 

1 — М (со) e/8 *n

 

1—М(ш)

 

Если

модуль коэффициента

обратной

связи М (со) =

1, то

К\ (/со) =

оо. Это означает,

что

усилитель

превращается в

генера­

тор незатухающих электрических колебаний, амплитуда и частота которых определяются параметрами пассивных и активных элементов усилителя. Если М (со) < 1, то коэффициент усиления К\ (/со) увеличивается и может во много раз превысить Ко (/со). Положитель­ ная обратная связь в усилителях почти не применяется, так как усилители с положительной обратной связью при М (со) - > 1 очень неустойчивы в работе и легко переходят в режим генерации коле­ баний.

При отрицательной обратной

связи напряжение

обратной связи

противофазно входному

сигналу. Это приводит к тому, что коэффи­

циент усиления К% (/со)

уменьшается:

 

 

2 U >

i _ A / ( c o ) e / * < 2 n - »

1 + Л#(со)

*

Предположим, что коэффициент усиления и коэффициент передачи

цепи обратной связи от частоты

не зависят, т. е.

 

К0()<*) = К0,

р (/«>) =

р.

 

При этом коэффициент усиления

 

 

 

n - T f k r -

 

( , 2 6 )

128

Исследуем зависимость изменения коэффициента [усиления К$ от изменения коэффициента усиления Ко. Для этого продифферен­

цируем выражение для

К^:

 

 

 

(l +

$K0)dK0

— $K0

dK0

dKо

 

( l + P * o ) a

 

(1 + Р*о)я

Разделив обе части

этого

выражения

на К$, получим

й

К ъ ^

d K o

1

(127)

Таким образом, относительное изменение коэффициента усиления усилителя с отрицательной обратной связью в [l-bP/STo]- 1 раз меньше относительного изменения коэффициента усиления собственно усилителя. Это имеет большое значение, так как величина коэффи­ циента усиления Ко зависит от многих причин (изменения напряже­ ния источника питания, изменения параметров пассивных и актив­ ных элементов в результате старения, колебания температуры, от замены старых элементов новыми, имеющими несколько отличные параметры и т. д.).

Однако в большинстве случаев изменение коэффициента усиле­ ния допустимо лишь в небольших пределах.

Рассмотрим в качестве примера усилитель с коэффициентом

усиления Ко =

10е . Предположим, что в процессе эксплуатации

К0

может изменяться

на 2 0 % ,

т. е.

dK

 

 

= 0 , 2 .

 

Если

усилитель охвачен

отрицательной обратной связью с р

=

= Ю - 4 ,

то относительное

изменение усиления составляет

 

 

dKx

 

dK0

 

l

л о о/

 

 

К^

К0

1 +

 

2-10

3 , или 0,2%.

 

Абсолютное

значение

 

при

Ко =

10е

 

Даже если коэффициент усиления станет равным Ко = 105 , то при р = 10~4

т. е. изменится примерно лишь на 10% .

Частотно-зависимая отрицательная обратная связь, при которой коэффициент обратной связи М(/со) в сильной степени зависит от частоты, широко применяется в усилителях, полоса пропускания которых должна быть ограничена.

Применение отрицательной обратной связи позволяет воздейство­ вать на входное и выходное сопротивления усилителя. В зависимости

9 Заказ 458

129

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ