Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Elektronika / electronics

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

29.03.2015

Размер:

1.12 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 116 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Усилители мощности (УМ)

Усилители мощности – это усилители, которые работают на низкоомную нагрузку.

Требование - RH≈ RВЫХ.УСИЛ

ОЭ, ОБ - RВЫХ≈ кОМ

ОК- RВЫХ≈ 10 100ОМ

Необходимо согласование для этого используют понижающий трансформатор.

U1>U2

I1<I2

R'H =

R H

- сопротивление нагрузки,

Н P1=P2

n 2

приведенное к первичной цепи

W1>W2

n = W

Однотактный УМ

+EК

ТР1

CР

RН

n>1

R H

- ?

VT1

n = R'H

R’H - ?

RH – задано

RЭ

CЭ

Расчет n и R’H выполняется графическим способом.

Для VT дана: PKДОП, UKДОП, IKДОП

I K

I K ДОП

КДОП

линия статической нагрузки

I K МАХ

I K A

U К

U КА E

α 1

т. Х.Х. U КДОП

U КМАХ

1) Строим кривую предельной мощности

∞

Ограничиваем U

, I

= PK.ДОП

KДОП

0 1 … IKДОП

KДОП

2)	Выбираем		ЕК ≤		UК.ДОП
				2

Строим две нагрузочных прямых : линия статической нагрузки (ЛЧХ)
3)	Нагрузочная прямая по постоянному току: из т. Х.Х. (ЕК)
	tgα =	1	r1- сопротивление первичной нагрузки
		r

	1
4)	Определяем		IK	=		IК.ДОП	. Получаем т. А – это пересечение ЛЧХ и IKA UKA.

				2

Через т. А проводим нагрузочную прямую по переменному току, так чтобы не попасть

PKДОП, UKДОП, IKДОП. Тогда R'H =	UKM	= tgα 1

	IKM

5) Находим nопт – согласование RH, R’H Недостаток низкий КПД<20÷ 30%

Двухтактный УМ

	ТР1		VT	1		IK1	ТР	2
		U'ВХ	VT					2

UВХ				+ E		-		R		ТР1- входной транзистор
		U''ВХ			K				Н	ТР2-выходной транзистор
		U''ВХ	VT2			IK2
						IK2

U В Х	U 'В Х	U ''В Х

I K 1

I K 2

I H

	t
		При приходе положительной полувол-
		ны VT1 открывается и течет ток IK1,
		при приходе отрицательной полуволны
	t	открывается VT2 и течет IK2.
	t	В нагрузке протекает ток в каждый по-
		лупериод UВХ (Класс В).
		Высокий КПД ≈ 80%
	t	Недостаток: есть нелинейные искаже-
	t	ния (Класс В) , наличие трансформато-
		ния (Класс В) , наличие трансформато-
		ров.

(СР =тысячи мкФ)

τ = R H CP >> ω

Бестрансформаторные двухтактные УМ

UВХ	VT1	IЭ1
	RH
	VT2	IЭ2
U В Х

I K 1

I K 2

+	Еп	Два VT-комплиментарная пара (свойства
-		одинаковы, проводимость разная).
+		Высокий КПД.
+	Еп	Недостаток: нужны два источника питания.
-	Еп
	t
		Работа схемы: при приходе положительной
		полуволны открывается VT1, течет ток IЭ1 по
t		цепи +ЕП→ VT1→ RH→ -EП
t		при приходе отрицательной полуволны от-
		крывается VT2, течет IЭ2
		IH=IЭ1+IЭ2
	t

I H

Схема с одним источником питания

+ Еп

VT1 IЭ1

CР	RН
VT2	RН
	IЭ2

При приходе положительной полуволны открывается

VT1, течет ток IЭ1 по цепи +ЕП→ VT1→ СР→ RH→ -EП СР заряжается

При приходе отрицательной полуволны открывается VT1 закрывается, а VT2 открывается. Теперь СР является источником питания и разряжается по цепи

+СР→ VT2→ RH→ -СР

Плечи симметричны IЭ1=IЭ2. В нагрузке получаем знакопеременный сигнал. СР выбирают из условия обеспечения необходимой мощности в нагрузке.

Класс В -нелинейные искажения высокие нужно задавать класс А-В

А-В	IБ1
А-В	U'БА		В
I' БА	U'БА		В
UБ2		U	Б1
			Б1
	I''	БА
	U''БA

IБ2

U’’БА=U’БА=UБА напряжение смещения I’БА – ток покоя

Суммарная характеристика почти линейна → искажения минимальны.

Двухтактный УМ на составных VT

			+ Еп
R 1
		V T 1	V T 3
V D 1	R Э		V T 3
V D 1	R Э		R 0
			R 0	C Р
				C Р
V D 2	R Э		R 0
		V T 2	V T 4	R Н
R 2		V T 2
R 2

VT1÷ VT4 –два плеча выходного каскада.

VT1,VT3 –верхнее плечо

VT2, VT4 – нижнее плечо

Делитель напряжения: R1-VD1-VD2-R2 Задает Класс А-В – прямое падение на диодах VD1,VD2 обеспечивает не-

большое UСМЕЩ для VT1,VT2

RЭ- обеспечивает минимальный тепловой ток покоя

R0- обеспечивают высокую симметрию плеч (очень малы – Омы) ограничивают IВЫХ – защита от К.З. слабая

Усилители постоянного тока (УПТ)

УПТ обеспечивает усиление медленно изменяющихся сигналов от датчиков частотой fГР ≤ 15Гц

fГР

Связь между каскадами делают непосредственной, при этом возникает две проблемы: 1. На входе есть постоянная составляющая (трудно определить сигнал)

2. Дрейф: возникает при отсутствии входного сигнала, а на выходе есть сигнал (зави-

сит от времени)

R1, R2 задают Класс А для первого

RК1

RК2

каскада

UKA1

RЭ1- стабилизирует точку покоя

VT1

VT2

ВЫХ

первого каскада, уменьшает дрейф

UБA1

нуля

ВХ

Чем ↑ RЭ1, тем ↓ дрейф нуля К↓

RЭ1

URЭ2

RЭ2

RЭ2 – стабилизирует точку покоя

VT2, компенсирует постоянную

составляющую UK VT1

IБ

UВХ=0 (т. А)

UКА-URЭ2=UБА

U RЭ2=IЭА2R Э2

IЭА=IКА+IБА

IБА

R Э2

URЭ2

- компенсирует постоянную составляющую VT1

UБ

IЭА2

UБА

+Uвых

насыщение

R3, R4 (делитель) – компенсирует постоянную

составляющую VT2. Делитель рассчитывают

четное число

таким образом, чтобы UR4=UКА2, тогда

каскадов

UВЫХ=UК2-UR4

Недостаток: низкий коэффициент уси- -

Uвх

+Uвх

ления, большой дрейф нуля.

нечетное

число

каскадов

- Uвых

Амплитудная характеристика

Дифференциальный усилитель

ЕП2- для смещения

+ ЕП1 - RK1=RK2

1) Если действует синфазный сигнал

UВХ1=UВХ2

R		R K 2		IK1 = IK 2 =	I0
	K 1	R K 2		UK1=UK2	2
				UK1=UK2	UВЫХ=0
		U ВЫХ		Дифференциальный усилитель не
		U ВЫХ		усиливает синфазный сигнал
U ВХ1		I0	U ВХ2	2) Дифференциальный сигнал
		I0		UВХ1≠ UВХ2
		-		UВХ1>UВХ2
		-		IК1>IК2
		+ ЕП2		IК1>IК2
		+ ЕП2		UВЫХ.ДИФ=K(UВХ1-UВХ2)
				K = ∆ UВЫХ = β R К R H = ∞
				∆ UВХ	R ВХ

RВХ=rБ+rЭ(1+β )

Если обеспечить:

1)Полную симметрию плеч RK1=RK2, VT1=VT2 в интегральном исполнении.

2)Стабильный источник тока,

то получим минимальную погрешность.

Операционные усилители (ОУ)

Идеальный ОУ: КU=∞ (104 105 ), RВХ=∞ (МОм), RВЫХ=0 (единицы-десятки Ом). Для увеличения КU используют несколько каскадов. Для увеличения RВХ используют диффе-

ренциальный усилитель на составных полевых VT. Для уменьшения RВЫХ используют эммитерный повторитель, усилитель мощности.

Структурная схема ОУ:

UВХ1				U
ДУ1	ДУ2	КС	УМ	U	ВЫХ
ДУ1	ДУ2	КС	УМ
UВХ2

1.ДУ1, ДУ2 –обеспечивают высокий KU

ДУ1 – обеспечивает увеличение RВХ и должен быть высокостабильным

2.КСкаскад согласования (согласует большой RВЫХ ДУ с малым RВХ УМ и убирает постоянную составляющую)

3.УМ – выходной каскад (понижает RВЫХ)

Принципиальная схема ОУ:К140УД1

			R5	+ЕП
	R1	R2	R5
			VT7	CКОР
		VT5 VT6		RБАЛ
ВХ1	VT1	VT2	R6	RБАЛ
	VT1	VT2	R6	RКОР
			R4

ВХ2		R3		VT9
		R3	VT8
			VT8	UВЫХ
	VT3		R8	UВЫХ
	VT3	VT4	R8
		VT4	R7
			R9	-ЕП
				-ЕП

VT1, VT2дифференциальный усилитель 1

VT5, VT6дифференциальный усилитель 2 VT3, VT4генератор стабильного тока

Сигнал поступающий на вход ДУ1 усиливается и поступает на вход ДУ2, с выхода VT6 снимается полный дифференциальный сигнал (R5 нужно для получения падения напряжения).

Два каскада (ДУ1, ДУ2) обеспечивают высокий коэффициент усиления.

Каскад согласования (VT7, VT8) позволяет согласовать выходное сопротивление ДУ2 (R5) с RВХ VT9 (VT9 – эммитерный повторитель).

Каскад согласования убирает постоянную составляющую на входе VT6, транзисторы VT7, VT8 работают как управляемые элементы входного делителя напряжения для VT9.

Сигнал с VT6 (переменная составляющая) усиливается в VT7, и подается на VT9, VT8 обеспечивает положительную обратную связь.

Напряжение выхода меняется от +ЕП до -ЕП .

	UВЫХ
+Е	П
характеристика
идеальная	реальная
идеальная	UСМ

-ЕП

характеристика

UВХ

Каждый ОУ имеет ошибку при UВХ=0 → UВЫХ≠ 0 (дрейф нуля) для этого необходимо по-

дать на вход UСМЕЩ, такое чтобы UВЫХ=0, либо с помощью RБАЛ задать такой режим работы VT9,

чтобы UВЫХ=0

Для обеспечения стабильности коэффициента усиления операционный усилитель охвачен отрицательной обратной связью. При обратных связях возможно самовозбуждение усилителя, для исключения этого вводят (СКОР, RКОР) при некоторой частоте эта RС цепь шунтирует на землю VT7.

+ЕП

U ВХ1

+ЕП

U ВЫХ

U ВХ2

-ЕП	-ЕП

Генератор стабильного тока (зеркало тока)

I0	IK	+ ЕП	VT1≡ VT2
I0	IK		VT1≡ VT2
	R H	R K	β 1=β 2
			IБ1=IБ2
			IК1=IК2
V T 3		V T 4	Ток в цепи нагрузки повторяет ток коллектора
V T 3		V T 4	IK = EП = I0
	U БЭ		IK = EП = I0
			R К

Схемы включения ОУ

В зависимости от того, на какой вход подается входной сигнал, различают: 1. Инвертирующая схема включения

		IOC	ROC
			ROC		RВХ= ∞	=> IВХ=0 (обрыв) =>
I1 R					RВХ= ∞	=> IВХ=0 (обрыв) =>
I1 R	1	1			I1=IOC;	UВЫХ
UВХ	1	1

		U'ВХ I		UВЫХ	КУСЧ= ∞	= UВХ ' => UВХ’→ 0
		2			т.е. т.1 - виртуальная земля
	R				т.е. т.1 - виртуальная земля
	R	2			ϕ 1-ϕ 2=0

UВХ − UВХ '

− UВЫХ − UВХ '

UВХ

UВЫХ

ИНВ(СХЕМЫ)

R OC

IOC =

= −

I1 =

R ОС

R OC

КU

R2-нужно для симметрии входов, уменьшения дрейфа нуля. На выходе сигнал инверс-

ных входному.

ООС вводится обязательно – для стабильности, т.к. KU, будет ”плавать”.

RВХ=R1 R ВЫХ

R ВЫХ.ОС

КUОО +1

2. Неинвертирующая схема включения

RВХ= ∞ => IВХ=0

KУОУ= ∞

=> ϕ 1=ϕ 2

UВХ

ROC

2 =

UВЫХ

R OC

+ R1

UВЫХ

U2=UВХ

R ОС

КU НЕИНВ =

R ВЫХ.ОС

Если R1=0 получим повторитель.

RВХ=RВХ.ОУ R ВЫХ =

R2 –для баланса плеч.

КОУ

3.Сумматор (сложение аналогового сигнала)

U U

ВХ1	R1		IOC R
ВХ2	R	2	IOC R	OC	I=I1+I2+I3+..+In=IOC
ВХ2					I=I1+I2+I3+..+In=IOC

	Rn				UВХ1	+	UВХ2	+ .. +	UВХn	= −	UВЫХ
		.			UВХ1		UВХ2		UВХn		UВЫХ
		.			R1		R 2		Rn		R OC
ВХn					R1		R 2		Rn		R OC
					Если R1=R2=..=Rn=ROC
		I			UВЫХ тогда,

UВЫХ=-(UВХ1+UВХ2+..+UВХn)

4. Интегрирующий усилитель

	IC		I1=IC		(RВХ=∞ , IВХ=0)
R1	C		I1=IC		(RВХ=∞ , IВХ=0)
R1	C		I1 =		UВХ	IC = −C dUВЫХ
U					R1	dt
ВХ			UВХ		= −C dUВЫХ
I		U	UВХ		= −C dUВЫХ
1		U		R1		dt
		ВЫХ		R1		dt
	R			UВЫХ = −		1 ∫UВХdt
	2					R1C

UВХ

UВЫХ

5. Дифференцирующий усилитель

IOC ROC

UВХ

	UВЫХ	t
	UВЫХ	t
	A	t
	2A

Угол наклона определяется τ 1=R1С и UВХ

IC = C	dUВХ	IOC = −	UВЫХ
	dt		R OC

UВЫХ = −R OCC dUВХ

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 116 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке Elektronika

#
29.03.20151.59 Mб44502.pdf
#
29.03.20151.12 Mб46electronics.pdf
#
29.03.2015538.11 Кб48metod_ukaz_po_OE_i_E.doc
#
29.03.20151.16 Mб41popov_uch-posob-FOM.pdf