1. Термины и определения

Термин

Определение

Аналоговые устройства

Устройства, у которых сигналы являются непрерывными функциями времени. К основным классам аналого­вых устройств относятся: усилители, аналоговые фильтры и генераторы, электронные и автоматические регуляторы, аналого­вые перемножители напряжений, преобразователи, вторичные источники питания

Усилитель электрических сигналов

Устройство, увеличивающее (усиливающее) мощность подводимых к нему электрических сигналов путем управления ими энергией собственного источника питания при помощи усилительных элементов (УЭ).

Коэффициент усиления

Определяют как отношение действующих или амплитудных значений выходного и входного сигнала

Классификация усилителей

Основными признаками для классификации усилителей явля­ются диапазон рабочих частот и параметры, характеризующие его усилительные способности: ток, напряжение, мощность; характер усиливаемого сигнала; полоса и абсолютные значения усиливаемых частот; назначение усилителя; вид используемых УЭ

Амплитудно-частотная характеристика

представляет собой график зависимости модуля коэф-фициента усиления по напряжению К от частоты при заданном и неизменном входном напряжении сигнала U_вх

Фазово-частотная характеристика

представляет собой зависимость угла сдвига фазы j_К между выходным и входным напряжениями от частоты сигнала.

амплитудно-фазовые частотные характеристики (АФЧХ)

Амплитудно-фазовой частотной характеристикой называют траекторию, которую описывает конец вектора комплексного коэффициента усиления на комплексной плоскости при изменении частоты от 0 до ¥. АФЧХ также называют годографом коэффициента усиления усилителя.

Переходная характеристика

Представляет собой зависимость от времени мгновенного значения напряжения (или тока) сигнала на выходе усилителя u_вых (t) при воздействии на его вход единичного мгновенного скачка напряжения (или тока)

Амплитудная характеристика

Представляет собой зависимость амплитудного (или действующего) значения напряжения сигнала на выхо-де усилителя от амплитудного (или действующего) значения напряжения сигнала на его входе при подаче на вход гармонического колебания неизменной частоты

Коэффициент частотных искажений

Равно отношению коэффи­циента усиления К₀ на средней частоте f₀ к коэффициенту усиления К_f на данной частоте f

КПД выходной цепи усилителя

Представляет собой отношение мощности сигнала Р_вых= Р_н, отдаваемой в нагрузку усилителя, к мощности Р_0вых.ц, потребляемой от источника питания только выходной цепью усилителя

Динамический диапазон

Отношение амплитуд наиболее сильного и наиболее слабого сиг­нала на входе усилителя.

Сквозная динамическая характеристика

Представляет собой зависимость мгновенных значений выходного напряжения от мгновенных значений входной ЭДС сигнала.

Тепловой шум усилителя

Флуктуационная (хаотически отклоняющуюся от среднестатического значения) непериодическая помеха, возникающая вследствие теплового хаотического движения свободных электронов в пассивных элементах, цепях и проводниках усилителя

Дробовые шумы

Шумы, вызываемые флуктуациями токораспределения между электродами УЭ;

Коэффициент шума транзистора

Показывает, во сколько раз мощность шумов на выходе реального транзистора превышает мощность шумов на выходе такого же, с такими же параметрами, но не шумящего (идеального) транзистора

Дрейф

Изменение выходного напряжения усилителя при строго неизменном (например, равном нулю) напряжении на его входе, вызванное изменениями температуры всех элементов и особенно УЭ усилителя, колебаниями напряжения источников питания и старением УЭ.

Нелинейные искажения

Это отклонения формы сигнала на выходе усилителя от формы сигнала на его входе, вызванные влиянием нели-нейности характеристик УЭ (БТ, ПТ, ЭЛ и т.д.), а также влиянием нелинейности характеристик намагничивания сердечников трансформаторов, если последние приме-няются в усилителях. Они возникают из-за того, что амплитуда сигнала выходит за пределы линейных участков этих характеристик.

Линейные искажения

Это отклонения формы сложного гармонического сигнала или импульсного сигнала на выходе усилителя от формы сигнала на его входе, вызванные влиянием реактивных элементов усилителя (емкостей, индуктивностей), а также влиянием инерционных свойств УЭ усилителя

Частотные искажения

Оцениваются по амплитудно-частотной характеристике усилителя (АЧХ)

Фазочастотные искажения

Оцениваются по его фазочастотной (фазовой) характеристике

Переходные искажения

Обусловлены переходными процессами установления токов и напряжений в цепях усилителя, возникающих из-за инерционности УЭ и из-за реактивных составляющих сопротивлений усилителя.

Коэффициент гармоник

Представляет собой отношение амплитудных значений напряжения (или тока) всех появившихся в выходном сиг-нале высших гармоник к амплитудному значению нап-ряжения (или тока) гармонической составляющей основ-ной частоты (первой гармоники, отображающей сам сиг-нал) при воздействии на вход усилителя синусоидальной ЭДС (и частотно- независимом сопротивлении нагрузки усилителя):

Коэффициент ослабления син-фазного сигнала

Определяется как отношение дифференциального коэффициента усиления ОУ (К_U) к коэффициента передачи синфазного сигнала (К_СС)

Предварительный усилитель

Состоит из одного или нескольких каскадов усиления. Он служит для усиления входного сигнала до величины, достаточной для работы усилителя мощности. Наиболее часто в качестве предварительных усилителей используют усилители напряжения на транзисторах. Обычно каскады предварительных усилителей работают в режиме усиления слабых сигналов

Промежуточный каскад

Каскад между предварительными каскадами и выходным каскадом.

Оконечный усилитель

Каскад получения требуемых тока или мощности сигнала в нагрузке.

Выходное устройство

Используется для передачи усиленного сигна­ла из выходной цепи усилителя мощности в нагрузку.

Обратная связь

Процесс передачи сигнала из последующих цепей усилителя в предыдущие

Коэффициент обратной связи

коэффициент передачи напряжения сигнала по цепи ОС с выхода до источника сигнала

Петля ОС

Замкнутый контур, образованный усилительным трактом и цепью ОС

Положительная обратная связь усилителя (ПОС)

Совпадение сигнала обратной связи по фазе с сигналом источника при их взаимодействии на входе усилителя (_T = 0°)

Отрицательная обратная связь усилителя (ООС)

Когда сигналы обратной связи и источника находятся в противофазе (_T =180°)

Обратная связь

По способу взаимодействия сигналов поступающих от источника сигнала и по цепи ОС с выхода усилителя, обратная связь может быть: положительная; отрицательная; комплексная.

Обратная связь

По конструктивным особенностям и способу организации различают ОС: внутреннюю; паразитную; внешнюю

Обратная связь

По числу охватываемых обратной связью каскадов усиления ОС может быть: местной; общей;

однопелевой; многопетлевой.

Обратная связь

По способам подключения цепи ОС к выходу (при снятии ОС) и входу (при подаче ОС) усилителя различают: параллельную; последовательную; комбинированную.

Частотно-неза-висимая ОС

Когда коэффициент четырехполюсника обратной связи не зависит от частоты

Частотно-зависимая ОС

Когда в цепи обратной связи есть реактивные элементы и коэффициент четырехполюсника обратной связи является функцией частоты

Усилитель постоянного тока (УПТ)

Усилитель называют усилителем постоянного тока (УПТ), если он может усиливать постоянные и медленно изменяющиеся сигналы.

Дрейф нуля

Под дрейфом нуля понимают самопроизвольное изменение выходного напряжения при неизменном нулевом вход­ном напряжении.

Основные причины дрейфа нуля

Изменение параметров элементов схемы, прежде всего транзисторов, за счет изменения температуры окру-жающей среды; изменение питающих напряжений; посто­янное изменение параметров активных и пассивных эле­ментов схемы, вызванное их старением.

Основные меры снижения дрейфа нуля

Жесткая стабилизация источников питания усилите­лей, использование отрицательных обратных связей, примене-ние балансных компенсационных схем УПТ, использо-вание элементов с нелинейной зависимостью па­раметров от температуры для компенсации температурно­го дрейфа, применение УПТ с промежуточным преобра­зованием и др.

Модулятор

каскад, преобразующий постоянный ток в переменный или управляемый напряжением генератор

Операционный усилитель

(ОУ)

Полупроводниковый при­бор, предназначенный для усиления напряжения и обеспечивающий выполнение различных операций по преобразованию аналоговых электриче­ских сигналов: усиление, сложение, вычитание, интегрирование, диффе­ренцирование и т.д.

Параметры, описывающие качество ОУ

Точностные, динамические, эксплуатационные и надежностные.

Точностные параметры ОУ

Коэффициент усиления (К_U), коэффициент ослабления синфазного сигнала (К_ОСС), напряжение смещение нуля (U_СМ), входной ток (I_ВХ), разность входных токов по инвертирующему и неинвертирующему входам (I_Р), коэффициенты температурных дрейфов перечислен-ных параметров.

Динамические параметры ОУ

Частота среза (f_СР), частота единичного усиления (f_Т) и время установления (t_У), скорость нарастания выходного напряжения и мощностная полоса пропускания (f_Р).

Эксплуатационные параметры ОУ

Допустимые режимы его входных и выходных цепей, тре-бования к напряжениям источников питания, климатичес-кие и другие условия работы (допустимые значения темпе-ратуры, давления, влажности, радиационная стойкость и другие).

Надежностные параметры ОУ

Гарантируемые значения интенсивности отказов, время наработки на отказ и другие вероятностные харак-теристики, определяющие работоспособность ОУ.

Фильтры

Электронные устройства, предназначенные для выделения или подавления сигналов в определенной полосе частот из сигнала широкого спектрального состава.

Пассивные

фильтры

Фильтры, не содержащие усилительных или активных элементов

Активные

фильтры

Фильтры, в которых используются усилительные элементы: ПТ, БТ.

Фильтры нижних частот (ФНЧ)

Для фильтров нижних час­тот характерно то, что входные сигналы низких ча­стот, начиная с постоянных сигналов, передаются на вы­ход, а сигналы высоких частот задерживаются.

Фильтры верхних частот (ФНЧ)

Фильтр верхних частот ха­рактерен тем, что он пропускает сигналы верхних и задер­живает сигналы нижних частот.

Полосовые фильтры (полосно-пропускающие)

Полосовой фильтр пропускает сигналы одной полосы частот, распо­ложенной в некоторой внутренней части оси частот. Сиг­налы с частотами вне этой полосы фильтр задерживает.

Режекторные фильтры (полосно-заграждающие)

Режекторные фильтры не пропускают (задерживают) сигна­лы, лежащие в некоторой полосе частот, и пропускают сигналы с другими частотами.

Всепропускаю

щие фильтры (фазовые корректоры)

Эти фильтры пропускают сигналы любой частоты.

Фильтры Баттерворта

Для них характерно то, что полюсы лежат на полуокружности в левой половине s-плоскости.

Фильтры Чебышёва

Полюсы фильтра Чебышёва расположены на части эллип­са.

Фильтры Бесселя

Полюсы фильтра Бесселя расположены на кривой, ле­жащей вне указанной полуокружности.

Компаратор

устройство сравнения двух аналоговых сигналов, один из которых может быть задан как эталонный.

Однопороговый компаратор

устройства сравнения, для которых коэффициент усиле-ния используемого усилителя всегда остается положи­тельным (К_ОУ>0).

Триггер Шмидта

Схема сравнения, у которых передаточ­ная характеристика неоднозначна.

Генератор гармонических колебаний

Уст­ройство, создающее переменное синусоидальное напря­жение при отсутствии входных сигналов. Генератор пре­образует энергию источника постоянного напряжения в энергию переменного выходного сигнала.

Мультивибра-тор

Он предназначен для генерирования периодической по­следовательности импульсов напряжения прямоу-гольной формы с требуемыми параметрами (ампли-тудой, длительностью, частотой сле­дования и др.)

Одновибратор

Предназначен для формирования пря­моугольного импульса напряжения тре­буемой длительности при воздействии на входе короткого запускающего им­пульса. Часто их называют также ждущими мультивибраторами.

Генераторы линейно изменяющегосянапряжения

служат для создания развертки электрон­ного луча по экрану электрон­но-лучевых приборов, получе­ния временных задержек им пульсных сигналов, модуляции импульсов по длительности и т. д.