Тема 5. Підсилювач постійного струму (ппс) (4години)

Класифікація за принципом дії, основні параметри. Вимоги до параметрів.

Загальна вада більшості ППС. Дрейф нуля та шляхи його компенсації.

Диференційний каскад. Особливості структурних схем ОП. Струмкове дзеркало.

ППС з безпосереднім і оптронним зв’язком.

Література: [1, с. 167...175].

Методичні вказівки. Підсилювач постійного струму – пристрій для підвищення аналогових сигналів, що повільно змінюються в часі, спектр яких починається від нуля герців, а верхню частотну межу визначають інерційні властивості АЕ. Розрізняють ППС прямого підсилення, ППС з оптронним зв’язком і ППС із перетворенням сигналу модулятором-демодулятором.

Далі слід ознайомиться з параметрами ППС (діапазон частот, статичний коефіцієнт передачі напруги, вхідний і вихідний опір, зведений дрейф нуля напруги, струму, швидкість наростання повного рівня сигналу). Задовольнити всі ці параметри неможливо в одному каскаді, тому структура ППС містить вхідний каскад з малими стабільним вхідним струмом, дрейфом нуля і шумом, а також проміжні каскади підсилення та вихідний потужний каскад.

Розглядаючи далі структуру диференційного каскаду, слід врахувати необхідність увімкнення генератора стабільного струму з великим опором змінному та малим опором постійному струмам, а також доцільність несиметричного виходу від одного з колекторів, що використовується, наприклад, у потужних підсилювачів. Також є важливою особливістю ДК його спроможність пригнічення синфазної завади.

Необхідно з'ясувати обставини, за якими обумовлюється дрейф нуля, а потім розглянути шляхи його компенсації.

Контрольні запитання

1. Навести класифікацію ППС за принципом дії.

2. Як вирішується проблема задоволення вимог до виконання необхідних параметрів ППС?

3. Покажіть корисність великого опору резистора або ГСС у ДК.

4. Навести схеми використання ДК.

5. Як досягають зменшення дрейфу нуля? Навести методи компенсації.

6. Чому в якості основних вузлів ОП використовуються каскади ППС?

Закінчивши вивчення цього розділу та відповівши на контрольні запитання, студент повинен вміти:

1. Перелічити вимоги до параметрів ППС та вказати способи їх здобуття.

2. Накреслити схеми ППС прямого підсилення та ППС з перетворенням частоти сигналу.

3. Навести типові схеми струмкового дзеркала.

4. Виконати лабораторну роботу “Дослідження диференційного каскаду підсилення”. Мета роботи: студент повинен за допомогою пакета Electronics Workbench EWB створити ескіз схеми ДК, розташувати на робочому столі компоненти, провести дослідження коефіцієнта підсилення синфазного сигналу, дослідження коефіцієнта пригнічення синфазної завади, порівняти теоретичні та експериментальні дані, пояснити їх розбіжність.

Тема 6. Вихідний потужний каскад підсилення (8годин)

Вимоги до каскадів потужного підсилення. Класифікація вихідних каскадів за призначенням (потужні, малопотужні) і за видом навантаження або елемента міжкаскадного зв'язку.

Показники (ККД, коефіцієнт використання струму і напруги, потужність втрат, коефіцієнт нелінійних спотворень).

Режими роботи АЕ (А, В, АВ, D). Вибір транзисторів.

Схемотехніка. Двотактний вихідний каскад. Принципи виконання за способом збудження. Вихідний каскад ОП. Однотактний вихідний каскад. Визначення нелінійних спотворень (метод п'яти ординат).

Кінцеві потужні каскади з регульованим джерелом живлення (ДЖ), з підвищеним ККД, що працюють у режимі D з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ).

Література:[ 1, с.75...94, 175...187].

Методичні вказівки.Каскад підсилення вихідний потужний призначений для створення потрібного і достатнього рівня потужності у навантаженні - кінцевому пристрої приладу. Тому для ефективного використання енергетичного ресурсу ДЖ максимальні граничні амплітуди змінних вихідних струмів і напруг АЕ близькі до їх постійних значень у робочих точках або трохи перевищують їх. При цьому істотно проявляється вплив нелінійності вхідних і передавальних ВАХ транзисторів чи іншого АЕ та виникають нелінійні спотворення.

Відмінною особливістю потужного каскаду є заздалегідь задані параметри навантаження (характер, значення). Виходячи з потрібної потужності, обирають тип і режим АЕ, визначають потужність розсіяння, ККД, коефіцієнт гармонік та енергоємність ДЖ.

Вибір АЕ для потужного каскаду крім урахування граничної частоти, ґрунтується на допустимих значеннях струмів, напруг, втрат потужності.

За способом збудження АЕ розрізняють три види двотактних каскадів. Спосіб збудження визначає схему вмикання транзисторів. Треба з'ясувати їх властивості: скомпенсовані парні гармоніки сигналу, оскільки струми колекторів проходять по черзі зустрічно завдяки протифазному збудженню транзисторів; можливий економічний режим АВ; скомпенсовані синфазні завади, фони, наведення, розширено ДД; різницевий струм плечей не містить постійної складової; немає підмагнічувального струму, що дає змогу зменшити габаритні розміри трансформатора і нелінійні спотворення; у спільних колах плечей немає першої та інших непарних гармонік сигналу, що спрощує фільтрацію в колах живлення, та практично усуває міжкаскадний зв'язок через спільне ДЖ, даючи змогу зменшити ємність фільтра живлення, а в режимі А не вводити блокувальний конденсатор у коло емітера, зменшуючи частотні спотворення на НЧ.

Замість трансформаторів в ІС використовують кінцеві каскади повторювачів з комплементарними парами БТ для роботи в режимах АВ і В.

Вихідні каскади потужних ОП виконують на складених транзисторах для зменшення струму спокою іноді з двома ДЖ.

Принципова відмінність однотактного потужного каскаду від каскаду попереднього підсилення - не у схемі, а в режимах роботи транзистора.

Для підвищення енергетичної ефективності каскадів застосовують режим АD. Гармонійний сигнал перетворюють на прямокутні імпульси у блоці ШІМ: ширина імпульсу пропорційна миттєвому значенню сигналу. Вихідні транзистори працюють у ключовому режимі D. У перспективних розробках використовують кінцеві потужні каскади з регульованим ДЖ, у яких вихідні транзистори працюють на граничних активних ділянках ВАХ у режимах АЕ, ВЕ, а втрати енергії знижено до мінімальних без збільшення нелінійних спотворень, властивих режиму D.

Контрольні запитання

1. Яку основну задачу виконує кінцевий каскад потужного підсилювача?

2. Чим відрізняються режими роботи підсилювальних елементів?

3. Як визначається коефіцієнт гармонік?

4. За яких обставин можливо отримати мінімальні частотні, фазові та перехідні спотворення в кінцевих каскадах підсилення?

5. Навести будь-яку схему каскаду.

6. Які засоби подачі вхідного сигналу існують для трансформаторного та безтрансформаторного двотактних каскадів з транзисторами однакової і різної провідності?

Закінчивши вивчення цього розділу та відповівши на контрольні запитання, студент повинен вміти:

1. Дати оцінку експлуатаційних параметрів підсилювача за заданими даними: опір навантаження, ефективна вихідна потужність, вхідна напруга.

2. Вибрати та накреслити схему підсилювача потужності, виходячи з вимог до його властивостей, пояснити його склад та призначення компонентів.

3. Пропонувати міри підвищення енергетичної ефективності каскадів.

4. Увімкнути інтегрований підсилювач, що пропонується сучасним ринком.

5. Виконати лабораторну роботу "Розрахунок,проектування та дослід-ження підсилювачів потужності". Мета: студент повинен розрахувати та зібрати макет схеми підсилювача потужності, виміряти його коефіцієнт підсилення без ЗЗ та з ЗЗ, дослідити якісні показники підсилювача, обміркувати та розглянути всі можливі причини будь-яких невідповідностей між виміряними та розрахованими даними.