1-60ORE

Поділивши обидві частини рівняння на°U вх, одержимо:

Uвих/Uвх=Kп=(1+β(Uвих/Uвх))

або

Kзв=Kп(1+βKпзв)

який задає характер зворотного зв'язку та значеннякоефіцієнта підсилення ° Кзв; 1— °b° Кп— глибина зворотного зв'язку.

Оскільки в загальному випадку ° Кп = КпеjjK і ° β = βеjjβ , де jK і j — кути фазових зсувів сигналу, які

п

вносяться відповідно підсилювачем та колом зворотного зв'язку, то Kзв= 1-βKп β

Заумови jk+jb= p, ° β°K=- βК, тобтокоефіцієнт зворотногозв'язку— величинадійснатавід'ємна. В цьому

випадку .

Таким чином, якщо сигнал зворотного зв'язку надходить на вхід підсилювача в протифазі з вхідним сигналом, то коефіцієнт підсилення зменшується в (1 + βКп) раз. Такий зворотний зв'язок називають негативним зворотним зв'язком. Незважаючи на зменшення підсилення, негативний зворотний зв'язок широко використовують, оскільки з його введенням значно покращується ряд параметрів підсилювача. Так, зменшення коефіцієнта підсилення супроводжується збільшенням стабільності підсилювача, шо підвищує стійкість його роботи. Продиференціювавши рівняння заКп, одержимо

.

Перегрупувавши в рівнянні змінні і поділивши його на ,одержимо

Відносна зміна коефіцієнта підсилення підсилювача із зворотним зв'язком зменшується в (1 + βКп) раз.

При βКп>>1 (глибокий зворотний зв'язок рівність набуваєвигляду

Аналогічно можна показати, що при послідовному зворотному зв'язку за напругою в (1 + βКп) раз збільшується вхідний опір підсилювача і в стільки ж разів зменшується вихідний опір. При будьякому виді негативного зворотного зв'язку в (1 + βКп) раз зменшуються частотні .фазові та нелінійні спотворення, а також напруги шумів.

Таким чином, вводячи негативний зворотний зв'язок і змінюючи його параметри, можна змінювати в потрібному напрямі вхідний та вихідний опори підсилювача, його частотні та фазові характеристики, тобто поліпшувати параметри підсилювача.

При jК+ jb= 2pп, де п = 0, 1,2, ..., коли збігаються фази напруг

°U вх та °U зв, ° β°K п=βKп . З рівняння одержуємо .

Зворотний зв'язок, при якому коефіцієнт підсилення підсилювача збільшується, називають позитивним зворотним зв'язком. Якщо 1>βKп >0, Кзв>Кп, але має скінчене значення. ПриβKà1 Кзвà ¥ і коливання на виході підсилювача будуть навіть при відсутності вхідного сигналу, розвиваючись від малих флюктуарних шумових сигналів. Підсилювач самозбуджується, перетворюючись у генератор електричних коливань. Для підсилювача такий режим роботи неприпустимий.

В багатокаскадних підсилювачах через загальні кола живлення, ємності монтажу, паразитні індуктивності можуть з'являтися внутрішні зворотні зв'язки, для яких на якій-небудь частоті виконується співвідношення . Це призводить до погіршення характеристик підсилювача і в деяких випадках — до його самозбудження. Подібні зворотні зв'язки називають паразитними. Використання

коригуючих кіл,розв'язуючих фільтрів і інших заходів дає змогу звести паразитні зворотні зв'язки до мінімуму.

15. Режим роботи транзистора у підсилювальному каскаді. Параметри вихідного сигналу.

В зависимости от величины постоянной составляющей входного тока (от положения рабочей точки покоя О)транзистор в схеме усилительного каскада может работать без отсечки и с отсечкой тока. В последнем случае коллекторный ток протекает только в течение части периода входного сигнала.

Различают четыре основных режима работы транзистора: классы А, АВ, В, С.

Режим класса А. Этот режим характеризуется работой транзистора без отсечки тока, с минимальными нелинейными искажениями формы сигнала. Для обеспечения режима класса А, например в схеме ОЭ на вход транзистора подается такое постоянное напряжение смещения Ебэ, при котором рабочая точка покоя О занимает положение, соответствующее середине линейного участка 1—2 входной характеристики транзистора іб=f(Uбэ) на рис. 3.6. При этом максимальную амплитуду входного переменного сигнала Uбmвыбирают такой, чтобы рабочая точка перемещалась по характеристике іб=f(Uбэ) в пределах ее линейного участка, иначе появляются нелинейные искажения за счет нелинейности входных характеристик, зависящие от соотношения между внутренним сопротивлением генератора входного сигнала Rг и входным сопротивлением каскада Rвх э.

Если Rг<<Rвх э (режим источника напряжения), то на вход усилителя поступает

напряжение Uб синусоидальной формы. На рис. 3.6 видно, что при Uбm2>Uбm1 за счет нелинейности входной характеристики транзистора форма тока базы существенно искажается, так какI'бm2>I''бm2.

Рис. 3.6.

При Rг>>Rвх э (режим источника тока) на

вход усилителя поступает ток іб синусоидальной формы. В этом случае нелинейность входной характеристики мало влияет на форму выходного тока, поэтому нелинейные искажения уменьшаются по сравнению с режимом источника напряжения. Однако с увеличением Rг возрастает отбираемая от источника сигнала мощность.

Нелинейные искажения за счет нелинейности выходных характеристик транзистора обусловлены зависимостью

коэффициента усиления тока базы В от тока коллектора.

Количественно суммарные нелинейные искажения за счет нелинейности входных и выходных характеристик определяют с помощью сквозной динамической характеристики, представляющей собой зависимость выходного тока ік от ЭДС генератора входного сигнала ег. Сквозную характеристику можно построить, используя входную и выходную характеристики транзистора и зная положение нагрузочной прямой. По заданным, например, в точках пересечения 1, 2, 0, 3, 4 (см.

рис. 3.5)

Рис. 3.5.

значениям коллекторного тока определяют соответствующие им значения базового тока Іб1, Іб2,Іб0,Іб3,Іб4.

По входной характеристике іб=f(Uбэ) для данных базовых токов находят значения Uб1., Uб2, Uб0,Uб3,Uб4

Затем, пользуясь формулой ег=Uбэ+ібRг, находят ЭДС генератора Ег1, Ег2,Ег0,Ег3,Ег4.

На рис. 3.7 построены сквозные характеристики для двух значений сопротивления Rг, откуда видно, что при Rг4>Rг1 сквозная характеристика более линейна, чем при Rг1

Для оценки нелинейных искажений каскада необходимо, используя сквозную характеристику, найти высшие гармоники выходного тока и определить коэффициент гармоникКг.

Определив по сквозной характеристике (рис. 3.8) значения токов Ік0,Ікmax, соответствующие максимальному амплитудному значению генератора сигнала Егm, с помощью гармонического анализа [3] можно получить

Таким образом,

Режим класса А широко используется в схемах усилителей напряжения. Однако КПД усилительного каскада, работающего в режиме класса А, относительно мал. Действительно, полезная и

потребляемая мощности каскада соответственно равны ГдеUвых эф=Uвых/√2 , Ікэф= Ік/√2 - эффективные значения напряжения и тока.

Тогда выражение для КПД, определяемое отношением полезной мощности к потребляемой, будет

иметь вид

Рис. 3.9.

Максимальная амплитуда коллекторного токаІкmограничивается допустимыми нелинейными искажениями и, как показывает графический анализ каскада ОЭ на рис. 3.9, всегда меньше значенияІк0 . Из рис. 3.9 видно также, что максимальная

мультивибратором, содержит множество гармоник - тоже электрических колебаний, но

кратных колебаниям основной частоты, что и отражено в его названии: "мульти - много",

"вибро - колеблю"

Существуют три типа мультивибраторов в зависимости от режима работы:

∙нестабильный, автоколебательный или астабильный: устройство непрерывно генерирует колебания и самопроизвольно переходит из одного состояния в другое. При этом не обязателен внешний сигнал синхронизации, если не требуется захват частоты колебаний;

∙моностабильный: одно из состояний является стабильным, но другое состояние неустойчиво (переходное). Мультивибратор на некоторое время, определяемое параметрами его компонентов, переходит в неустойчивое состояние под действием запускающего импульса. Затем возвращается в устойчивое состояния до прихода очередного запускающего импульса. Такие мультивибраторы используются для формирования импульса с фиксированной длительностью, не зависящей от длительности запускающего импульса. Такой тип мультивибраторов иногда, в литературе,

называют одновибраторы или ждущие мультивибраторы.

∙бистабильный: мультивибратор устойчив в любом из двух состояний и может быть переключён из одного состояния в другое подачей внешних импульсов. Такие устройства называют бистабильными триггерами, и такие триггеры иногда, не совсем корректно, называют «мультивибраторы», так как двусмысленно.

Одной из очень известных и часто применяющихся в электронике схем, является симметричный мультивибратор, который представляет собой электронное устройство вырабатывающее (генерирующее) колебания по форме, приближающиеся к прямоугольной. Мультивибратор собирается на двух транзисторах или логических схемах с дополнительными элементами. По сути это двухкаскадный усилитель с цепью положительной обратной связи (ПОС). Это значит, что выход второго каскада соединён черезконденсатор с входом первого каскада. В результате усилитель за счёт положительной обратной связи превращается в генератор.

Для того чтобы мультивибратор начал генерировать импульсы достаточно подключить напряжение питания. Мультивибраторы могут быть симметричными и несимметричными.

На рисунке представлена схема симметричного мультивибратора.

В симметричном мультивибраторе номиналы элементов каждого из двух плеч абсолютно одинаковы: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Если посмотреть на осциллограмму выходного сигнала симметричного мультивибратора, то легко заметить, что прямоугольные импульсы и паузы между ними одинаковы по времени. t импульса (tи) = t паузы (tп). Резисторы в коллекторных цепях транзисторов не влияют на параметры импульсов, и их номинал подбирается в зависимости от типа применяемого транзистора.

Частота следования импульсов такого мультивибратора легко высчитывается по несложной формуле:

,где f - частота в герцах (Гц), С - ёмкость в микрофарадах (мкФ) и R - сопротивление в килоомах (кОм). Например: С = 0,02 мкФ, R =

39 кОм. Подставляем в формулу, выполняем действия и получаем частоту в звуковом диапазоне приблизительно равную 1000 Гц, а точнее 897,4 Гц.

Сам по себе такой мультивибратор неинтересен, так как он выдаёт один немодулированный «писк», но если элементами подобрать частоту 440 Гц, а это нота Ля первой октавы, то мы получим миниатюрный камертон, с помощью которого можно, например, настроить гитару в походе. Единственно, что нужно сделать, это добавить каскад усилителя на одном транзисторе и миниатюрный динамик.

Основными характеристиками импульсного сигнала принято считать следующие параметры:

∙Частота. Единица измерения (Гц) Герц. 1 Гц – одно колебание в секунду. Частоты, воспринимаемые человеческим ухом, находятся в диапазоне 20 Гц – 20 кГц.

∙Длительность импульса. Измеряется в долях секунды: мили, микро, нано, пико и так далее.

∙Амплитуда. В рассматриваемом мультивибраторе регулировка амплитуды не предусмотрена. В профессиональных приборах используется и ступенчатая и плавная регулировка амплитуды.

∙Скважность. Отношение периода (Т) к длительности импульса (t). Если длина импульса равна 0,5 периода, то скважность равна двум.

Исходя из вышеприведенной формулы, легко рассчитать мультивибратор практически на любую частоту за исключением высоких и сверхвысоких частот. Там действуют несколько другие физические принципы.

Для того чтобы мультивибратор выдавал несколько дискретных частот достаточно поставить двухсекционный переключатель и пять шесть конденсаторов разной ёмкости, естественно одинаковые в каждом плече и с помощью

переключателя выбирать необходимую частоту. Резисторы R2, R3 так же влияют на частоту и скважность и их можно сделать переменными. Вот ещё одна схема мультивибратора с подстройкой частоты переключения.

Уменьшение сопротивления резисторов R2 и R4 меньше определённой величины зависящей от типа применяемых транзисторов может вызвать срыв генерации и мультивибратор работать не будет, поэтому последовательно с резисторами R2 и R4 можно подключить переменный резистор R3, которым можно подобрат частоту переключений мультивибратора.

Практическое применение симметричного мультивибратора очень обширно. Импульсная вычислительная техника, радиоизмерительная аппаратура при производстве бытовой техники. Очень много уникальной медицинской техники

построено на схемах, в основе которых лежит тот самый мультивибратор.

Благодаря исключительной простоте и невысокой стоимости мультивибратор нашёл широкое применение в детских игрушках. Вот пример обычной мигалки на светодиодах.

При указанных на схеме величинах электролитических конденсаторов С1, С2 и резисторов R2, R3 частота импульсов будет 2,5 Гц, а значит, светодиоды будут вспыхивать

примерно два раза в секунду. Можно использовать схему, предложенную выше и включить переменный резистор совместно с резисторами R2, R3. Благодаря этому можно будет посмотреть, как будет изменяться частота вспышек светодиодов при изменении сопротивления переменного резистора. Можно поставить конденсаторы разных номиналов и наблюдать за результатом.

17.Схема стабілізації робочої точки транзистора, включеного за схемою з загальним емітером. Розрахунок елементів схеми.

Характеристики электронных устройств во многом определяются режимом работы транзистора. Однако режим работы транзистора зависит от многих факторов и в первую очередь от коэффициента усиления самого транзистора. Коэффициент усиления транзистора по току h21э меняется в зависимости от температуры, разброса параметров самих транзисторов, напряжения питания, радиации.

Для стабилизации режима работы транзистора применяется отрицательная обратная связь по постоянному току и наилучшими характеристиками обладает схема эмиттерной стабилизации. В схемах усилителей радиочастоты и усилителей промежуточной частоты эмиттерная стабилизация применяется так же часто, как и в схемах усилителей низкой частоты. Схема эмиттерной стабилизации в каскаде с общим эмиттером приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема эмиттерной стабилизации в каскаде с общим эмиттером

Обратите внимание, что схема приведена для полосового усилителя, такого как усилитель промежуточной частоты или усилитель радиочастоты. Схема эмиттерной стабилизации в каскаде с общим коллектором приведена на рисунке 2.

Теперь рассмотрим как можно рассчитать значение элементов схемы эмиттерной стабилизации. Напряжение на эмиттере транзистора обычно выбирают равным половине питания схемы. Для кремниевых

транзисторов напряжение база-эмиттер равно 0,7 В. Напряжение на базе транзистора по закону Киргофа равно сумме напряжения на эмиттере и напряжения база-эмиттер транзистора. Поэтому напряжение на базе транзистора должно быть равно: Uб = Uп/2 + Uбэ = 3,3 В/2 + 0,7 В = 2,4 В

Рассчитанное напряжение на базе транзистора может быть получено при помощи сопротивлений R1 и R2. Для того, чтобы транзистор не влиял на это напряжение ток через эти резисторы выбирается в десять раз больше тока базы транзистора. Ток базы можно определить, задавшись рабочим током коллектора транзистора. Обычно задаются значением тока 5 мА. (Если требуется работа в режиме микропотребления, то можно выбрать меньший ток, например, в районе 100 мкА, но при этом резко упадет коэффициент усиления транзистора по току.) Тогда ток базы будет равен: iб = iк/h21э = 5 мА/20 = 250 мкА. И тогда ток делителя через резисторы R1 и R2 определяется следующим образом: iд = iб*10 = 250 мкА * 10 = 2,5 мА. Зная ток и напряжение на базе транзистора, по закону Ома можно определить сопротивление R2: R2 = Uб/iд = 2,4 В/2,5 мА = 960 Ом. Точно так же зная ток и напряжение питания схемы, по закону Ома можно определить суммарное сопротивление R1 + R2:R1 + R2 = Uп/iд = 3,3 В/2,5 мА = 1,32 кОм. Отсюда: R1 = (R1 + R2) – R2 = 1,32 кОм – 960 Ом = 360 Ом

18. RS - тригер на логічних елементах І-НІ та АБО-НІ. Таблиці станів тригера.

Одним из важнейших элементов цифровой техники является триггер (англ. Trigger) защёлка, спусковой крючок. Сам триггер не является базовым элементом, так как он собирается из более простых логических схем. Семейство триггеров весьма обширно. Это триггеры: T, D, C, JK, но основой всех является самый простой RS-триггер.

Триггеры широко используются для создания различных счетчиков и делителей частоты. На них строятся элементы памяти, такие как ОЗУ или регистры. Именно поэтому трудно найти работу выпускнику, который не освоил работу с триггерами. Изучение работы триггеров начнем с простейшего триггера, который называется RS триггер.

RS триггер получил название по названию своих входов. Вход S (Set — установить англ.) позволяет устанавливать выход триггера Q в единичное состояние (записывать единицу). Вход R (Reset — сбросить англ.) позволяет сбрасывать выход триггера Q (Quit — выход англ.) в нулевое состояние (записывать ноль).

Для реализации RS триггера воспользуемся логическими элементами "2И-НЕ". Его принципиальная схема приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема простейшего rs триггера на схемах "2И-НЕ". Входы R и S инверсные (активный уровень'0')

Рассмотрим принцип работы RS триггера, выполненный по изображенной на рисунке 1 схеме подробнее. Пусть на входы R и S подаются единичные потенциалы. Если на выходе верхнего логического элемента "2И-НЕ" Q присутствует логический ноль, то на выходе нижнего логического элемента "2ИНЕ" появится логическая единица. Эта единица подтвердит логический ноль на

выходе Q. Если на выходе верхнего логического элемента "2И-НЕ" Q первоначально присутствует логическая единица, то на выходе нижнего логического элемента "2И-НЕ" появится логический ноль. Этот ноль подтвердит логическую единицу на выходе Q. То есть при единичных входных уровнях схема RS триггера работает точно так же как и схема на инверторах.

Подадим на вход S нулевой потенциал. Согласно таблице истинности логического элемента "И- НЕ" на выходе Q появится единичный потенциал. Это приведёт к появлению на инверсном выходе триггера нулевого потенциала. Теперь, даже если снять нулевой потенциал с входа S, на выходе триггера останется единичный потенциал. То есть мы записали в триггер логическую единицу.

Точно так же можно записать в RS-триггер и логический ноль. Для этого следует воспользоваться входом R. Так как активный уровень на входах оказался нулевым, то эти входы — инверсные. Составим таблицу истинности RS триггера. Входы R и S в этой таблице будем использовать прямые, то есть и запись нуля, и запись единицы будут осуществляться единичными потенциалами (таблица 1).

Таблица 1. Таблица истинности RS триггера.

RS триггер можно построить и на логических элементах "ИЛИ". Его схема приведена на рисунке 2. Принцип работы RS триггера, собранный на логических элементах "ИЛИ" будет точно таким же, как и рассмотренный ранее. Единственное отличие в работе этой схемы по сравнению с предыдущей схемой RS триггера будет заключаться в том, что сброс и установка триггера будет производиться единичными логическими уровнями. Эти особенности связаны с принципами работы инверсной логики, которые рассматривались ранее.

Рисунок 2. Схема простейшего RS триггера на схемах "ИЛИ". Входы R и S прямые (активный уровень '1')

Так как RS триггер при реализации его на логических элементах "И" и "ИЛИ" работает одинаково (его принцип работы от схемы не зависит), то и условнографическое изображение на принципиальных схемах тоже одинаково. Условнографическое изображение RS триггера на принципиальных схемах приведено на рисунке 3.

Рисунок 3. Условно-графическое обозначение RS триггера

19. Обмежувачі. Робота, параметри.

Амплитудные ограничители. Введение

Амплитудный ограничитель представляет собой электронное устройство, которое имеет пороги ограничения, за пределами которых входной сигнал практически не изменяется и остаётся равным пороговому значению. Исходя из этого, можно выделить три типа амплитудных ограничителей:

∙ограничитель по максимуму или сверху. В данном случае сигнал на выходе устройства при превышении порогового значения тока или напряжения остаётся практически неизменным;

∙ограничитель по минимуму или снизу. В таком устройстве устройства остаётся неизменным при значении входного сигнала меньше некоторого порогового значения;

∙двухсторонний ограничитель. Такое устройство ограничивает сигнал и по максимуму и по минимуму входного сигнала.

Абсолютное большинство амплитудных ограничителей строят на основе ключевых свойств радиоэлектронных элементов, поэтому основным элементом ограничителей являются диоды или транзисторы в ключевом режиме работы. Диодные ограничители довольно простые по устройству, поэтому наиболее часто встречающиеся. Амплитудные ограничители на основе транзисторов несколько сложнее по устройству, но кроме амплитудного ограничения они позволяют усиливать сигнал, поэтому их ещё называют усилителями-ограничителями.

Различают также последовательные и параллельные ограничители. Эта их особенность зависит от способа включения ключевого элемента относительно нагрузки. Необходимо отметить, что последовательные ограничители включаются в работу, когда ключ разомкнут, а параллельные ограничители работают в режиме ограничения в случае замкнутого ключевого элемента.

Последовательные диодные ограничители

Как говорилось выше, ограничители бывают по максимуму, по минимуму и двухсторонние, которые ограничивают уровень сигнала сверху и снизу. Устройство последовательных диодных ограничителей довольно простое и оно основано на ключевом свойстве полупроводникового диода: в открытом состоянии диод пропускает электрический ток, а в закрытом – электрический ток через диод не проходит.

Последовательные диодные ограничители состоят из диода (VD1), источника смещения (ECM) и сопротивления нагрузки (R1). Различие состоит в том, как подключен диод: в ограничителе по

минимуму диод включен в прямом направлении, а в ограничителе по максимуму – в обратном направлении.

Рассмотрим принцип работы ограничителя по минимуму. При значении входного напряжения UВХ меньше, чем напряжение смещения ЕСМ, диод VD1 будет находиться в закрытом состоянии и напряжение на выходе UВЫХ будет соответствовать напряжению смещения. Как только входное напряжение превысит напряжение смещения, диод откроется и через него начнёт проходить

электрический ток, а напряжение на выходе будет соответствовать входному напряжению. Схема и эпюры напряжения последовательного ограничителя по

минимуму.

Принцип работы ограничителя по максимуму состоит в следующем. При значении входного напряжения UВХ меньше напряжения смещения диод VD1 находится в открытом состоянии и напряжение на выходе UВЫХ будет равным напряжению смещения. Как только входное напряжение превысит значение напряжения смещения, диод откроется и выходное напряжение будет равным входному напряжению.

Схема и эпюры напряжения последовательного ограничителя по максимуму.

Для ограничения сигналов сверху и снизу используются двухсторонние ограничители, которые чаще всего состоят из двух последовательно включённых односторонних ограничителей.

Схема двухстороннего последовательного ограничителя и эпюры напряжения.

Принцип работы двухстороннего ограничителя заключается в следующем. Напряжение источников смещения выбирают так, чтобы в отсутствии входного сигнала диод VD2 был открыт (ЕСМ1 < ЕСМ2). Уровень ограничения напряжения по максимуму определяется напряжением смещения ЕСМ2, а уровень ограничения по минимуму – напряжением в точке соединения диодов VD1 и VD2, которое соответствует напряжению отпирания диода VD1. Диод VD1 открывается, когда напряжение на входе превышает величину

напряжения ЕСМ1. При этом напряжение на выходе ограничителя примерно равно напряжению на входе, а когда входное напряжение превышает величину ЕСМ2, то диод VD2 закрывается и напряжение на выходе будет равно напряжению ЕСМ2.

Довольно часто вместо предыдущей схемы используется эквивалентная схема

двухстороннего ограничителя с общим источником смещения.

Схема двухстороннего последовательного ограничителя с общим источником смещения.