Мороз_Электротехника

54

2-3 Вт). На большие мощности применяют двухтактные усилители мощности, работающие в режиме B или AB.

Рис. 2.58. Однотактный усилитель мощности

Рис. 2.59.Двухтактный усилитель мощности

Процесс усиления сигнала происходит в 2 такта работы схемы: 1/2 волны Uвх работает транзистор VT1 затем следующую одну вторую волну Uвх работает транзистор VT2. Выходной трансформатор Tвых суммирует сигналы.

2.10.9. Обратные связи (ОС) в усилителях

ОС осуществляют подачей на вход усилителя сигнала с его выхода(или части Uвых). ОС может быть: положительной, когда Uвх складывается (суммируется) с сигналом обратной связи UОС, увеличивая входной сигнал

параллельную ОС.

Структурная схема последовательной отрицательной ОС по напряжению.

54

Но положительную ОС не применяют в усилителях, т.к. снижается стабильность КU . Для усилителей применяют отрицательную ОС, которая улучшает свойства

2.10.10. Усилители постоянного тока (УПТ)

Для усиления сигналов очень низких частот (порядка долей герца) требуется усилители, которые усиливают напряжения всех частот, включая самые низкие. УПТ предназначены для усиления сигналов, медленно изменяющихся во времени. Они имеют равномерную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) до самых низких частот. В УПТ не могут использоваться конденсаторы и

трансформаторы для связи между каскадами и связи источника сигнала со входом УПТ, т.к. при частоте f=0 коэффициент усиления КU 0 .В УПТ

используется непосредственная связь (гальваническая) с помощью резисторов. Отсутствие разделительных конденсаторов или трансформаторов приводит к тому, что любое изменение постоянных составляющих тока или напряжения в предыдущих каскадах усиливается последующими, и выходное напряжение определяется не только полезным

сигналом, но и ложными, создаваемыми за счѐт изменения параметров транзисторов каскада.

Рис. 2.61. АЧХ УПТ

Самопроизвольное изменение выходного напряжения УПТ при неизменном Uвх называют д р е й ф о м у с и л и т е л я . Его причины: нестабильность напряжения питания; температурная и временная нестабильность параметров транзисторов и резисторов. Напряжение дрейфа определяют при закороченном входе усилителя по приращению Uвых.

Качество УПТ оценивают по напряжению

55

при Uвх=0 – дрейф нуля, приведенный ко входу УПТ. Снижение дрейфаглавная задача при проектировании УПТ. Для снижения дрейфа используют различные схемо-технические решения: параллельно-балансные каскады,введение токовой стабилизации, схемы со взаимной компенсацией.

Рис. 2.62. Структурная схема УПТ

2.10.11. Балансный усилительный каскад (дифференициальный каскад)

Построен по принципу четырехплечевого моста (в случае изменения напряжения питания, а также при пропорциональном изменении сопротивлений плеч моста баланс не нарушается). Параллельно-балансный каскад представляет собой мост с двумя линейными резисторами RK1, RK2 и двумя нелинейными транзисторами (VT1,VT2). В одну диагональ через резистор R0 подводится напряжение питания,а в другую (измерительную) включается нагрузка, то есть снимается Uвых. При одинаковых транзисторах VT1, VT2 и резисторах RK1 , RK2 ,

если Uвх1=0, Uвх2=0, то Uвых=0, т.к. Uв ых KU Uв х1 Uв х2 (2.81).

Дрейф каскада, равный разности абсолютных значений дрейфа в каждом плече, снижается в 20-100 раз в сравнении с одиночным каскадом.

RП- для балансировки каскада (для установки нуля); R0- стабилизирует ток транзисторов, подобно звену Rэ-Сэ.

изменится Е1,Е2 , то изменяются токи токи в обоих транзисторах, а Uвых=0.

Рис. 2.63. Дифференциальный каскад УПТ

2.10.12. Операцинные усилители (ОУ)

ОУ являются разновидностью УПТ. ОУ имеют большой коэффициент усиления КU=5×103-5×106 и высокое входное сопротивление Rвх= 20 кОм-10 МОм. Современные ОУ выполняются в интегральном исполнении, содержат несколько десятков транзисторов, выполняются двухили техкаскадными. Основу ОУ составляет дифференциальный каскад, который является входным каскадом.

Название ОУ связано с первоначальным применением для выполнения различных операций над аналоговыми величинами (сложение, вычитание,

56

57

дифференцирование, интегрирование,…). В настоящее время применяются как многоцелевые элементы в усилительной технике, устройствах генерации сигналов, в стабилизаторах напряжения, активных фильтрах и т.д. ОУ имеет дифференциальный вход (два входных вывода) и общий выход.

Условное обозначение ОУ

Uвх.н – неинвертирующий вход, при

подаче на него Uвх приращение выходного сигнала совпадает по фазе (знаку) с приращением Uвх ; Uвх.и.- инвертирующий вход, для которого приращение Uвых в протифовазе с приращением Uвх . Его используют для ведения отрицательной обратной

(штриховая линия). Uсм.о. – напряжение смещения нуля.

Рис. 2.65.Амплитудные характеристики ОУ

2.10.13. Примеры построения аналоговых схем на ОУ

57

58

уменьшения погрешностей от изменения входных токов делают симметричными

Рис. 2.68. Инвертирующий сумматор

Используется для построения источников

опорного напряжения.

Рис. 2.69. Дифференциальный усилитель

5. И н т е г р а т о р - широко распространен в аналоговых решающих и

58

59

Рис. 2.70. Интегратор

6. Дифференциатор

Рис. 2.71. Дифференциатор 7 . К о м п а р а т о р предназначен для сравнения величин двух

сигналов. ОУ работает с положительной обратной связью. Выходной сигнал Uвх принимает одно из двух значений (пороговых уровней). Сигнал на выходе появляется как только величина Uвых выйдет за установленные делителем R1 – R3 пределы.

Рис. 2.73. АЧХ избирательных усилителей

2.10.14. Избирательные усилители

Предназначены для усиления сигналов в узкой полосе частот.

fв fн - полоса пропускания;

Рис. 2.73. АЧХ избирательных усилителей

Они широко распространены в радиоприемных и телевизионных устройствах, в многоканальных системах связи. Они настраивают приемное устройство на частоту принимаемой станции, не пропуская сигналы других частот.

Для частот более десятков кГц избирательные усилители создают введением параллельных LC – контуров в цепь нагрузки усилительных каскадов – это р е з о н а н с н ы е у с и л и т е л и . Резонансный усилитель имеет колебательный контур в коллекторной цепи. Сопротивление LC – контура зависит от частоты. На

59

60

более низких частот LC – контуры нецелесообразны из-за больших габаритов элементов контура.

Рис. 2.74. Резонансные усилители

В диапазоне промышленных и звуковых частот (до 20 кГц) избирательные усилители выполняют с обратными связями через частотно-избирательные RC – цепи. Из RC – цепей наиболее применима схема Т-образного моста, для которого коэффициент передачи 0 при резонансной частоте f0 .

Рис. 2.75. Структурная и принципиальная схема ИУ

При частотах, отличных от резонансной f0 , 1 и сигнал Uвых полностью передается на вход цепью отрицательной обратной связи, значит, коэффициент

2.10.15. Импульсные устройства

Это электронные устройства, в которых сигналы имеют форму импульсов. Они широко применяются в вычислительной, информационно-измирительной

60

61

технике, телевидении, автоматике, промэлектронике. Преимущества импульсного режима перед непрерывным:

1). Меньше потребление тока, то есть выше КПД; 2). Выше точность, надежность и скорость обработки информации;

3). Больше пропускная способность и помехоустойчивость;

4). Возможность использования однотипных элементов в интегральном исполнении.

5). Импульсные сигналы могут иметь разнообразную форму:

Рис. 2.76. Амплитуда и длительность импульса импульсных устройств

Они характеризуются следующими основными параметрами:

- скважность ( 2-10 в автоматике и до 10 тыс. в радиолакации);

tф- длительность фронта (во время нарастания импульса от 0,1Umaх до 0,9 Umaх) tC- длительность фронта ( время спада импульса от 0,9 Umaх до 0,1 Umaх)

В состав многих импульсных устройств входят электронные ключи: диодные, транзисторные, тиристорные и др. Их работа характеризуется двумя состояниями: ―включено‖ и ―отключено‖ (высокий уровень сигнала и низкий уровень сигнала). Это позволяет использовать двоичную систему счисления для обработки информации.

2.10.16.Ключевой режим работы транзистора

Всемействе выходных характеристик (рис. 1б) проводим ВАХ резистора

RК , удовлетворяющую уравнению: U КЭ EK RK K . Этот график называют статической линией нагрузки и строят по двум точкам:

61

62

2.10.17. Импульсный (нелинейный) режим работы операционного усилителя. Компараторы.

Импульсный режим ОУ используют в

Рис. 2.78. Импульсный режим ОУ

компараторах – это устройство для сравнения U в х с опорным напряжением. Простейший компаратор имеет следующую схему:

62

63

Рис. 2.79. Схема и характеристика компаратора

Широко применяют компаратор, называемый триггером Шмидта. Он имеет положительную обратную связь через резисторы R1, R2 и его амплитудная характеристика обладает гистерезисом.

Рис. 2.80. Схема и характеристика триггера Шмидта

Переключение схемы в состояние U вых .m будет при Uвх Uсрабат. , а обратное переключение при Uв х Uотп.

2.10.18. Мультивибраторы

Предназначены для получения прямоугольных импульсов. Возможны два режима:

1). режим самовозбуждения, когда для получения импульсного сигнала не требуется подача входного сигнала. Выходной сигнал получают в результате преобразования энергии источника постоянной ЭДС; 2). ждущий режим, когда переход схемы из одного состояния в другое происходит под воздействием внешнего запускающего импульса.

1. М у л ь т и в и б р а т о р н а б а з е т р а н з и с т о р о в – это двухкаскадный усилитель с емкостной положительной обратной связью. Выход первого каскада через конденсатор C1 соединен со входом второго каскада, а выход второго каскада через С2 соединен со входом первого.

Рис. 2.81. Схема и характеристики мультивибратора В зависимости от процессов заряда и разряда конденсаторов С1, С2

происходит скачкообразный переход мультивибратора из одного состояния квазиравновесия, когда VT1 открыт, VT2 закрыт, в другое, когда VT1 закрыт, а VT2 открыт.

63