Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Васильев Л.А. - Конспект лекций

.pdf
Скачиваний:
69
Добавлен:
03.03.2016
Размер:
1.4 Mб
Скачать

 

 

 

 

 

 

51

Uн

Uвх

Uзи.

 

 

 

Коэффициент усиления: К

SR'

 

; R

'

R

|| R ; Rвых ≈ 1/ S.

н

1

 

1 SR'

 

U

 

н

н

и

 

н

 

 

 

 

 

7.6Каскады усиления с динамическими нагрузками

R1

CP1

uВХ

R2

 

 

 

 

EK

 

iК2

 

 

 

i

VT2

C

P2

 

 

Б2

 

 

 

iК1

 

 

 

 

VT1

 

RН

uВЫХ

 

 

 

 

RЭ

CЭ

 

 

Iкп1 = Iкп2, Iбп2 = Iкп2 / h21Э.

 

 

Коэффициент усиления: КU h21Э

rк1 ||Rн

.

 

 

Rг Rвх

При Rн → ∞ ► КU дн >> КU оэ , т.к. rк >> Rк.

VT2 работает в режиме фиксированного тока и увеличивает сопротивление коллекторной нагрузки каскада до значения rк2.

52

Лекция 8 ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ (часть 2)

8.1 Усилители мощности

Усилитель мощности – выходной каскад усилителя.

Основные требования:

высокий КПД;

малые частотные и нелинейные искажения;

малые габариты и масса.

Подключение нагрузки: – непосредственное;

трансформаторное.

Классы усиления:

А (однотактные каскады);

В и АВ (двухтактные каскады)

8.1.1Усилитель мощности класса А

+Eк

R1

w1 w2 Rн

Cр

Тр

uвх R2

VT

 

Режим работы – однотактный:

uвх↑ , iб↑, iк↑, uw1↑, uн

uвх↓ , iб↓, iк↓, uw1↓, uн

53

IК

 

 

 

ЛН=

 

 

 

 

IКдоп

ЛН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

IКП

 

 

 

A

IБ=IБП

IК m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

IБ=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

UКЭП

 

 

UКЭ

 

 

 

 

 

UК m

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

Мощность, потребляемая от источника питания:

Р0 = Ек Ік;

мощность нагрузки:

P

ηтр Uк m Iк m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КПД каскада:

 

η

P

η

Uк m Iк m

 

 

н

2E

I

.

 

 

 

 

P

тр

к0

 

 

 

 

0

 

к

 

 

В идеальном каскаде тр = 1, Iк m = Iк п, Uк m = Ек

ид = 0,5.

В реальном каскаде Iк m < Iк п, Uк m < Uкэ п, тр < 1

= 0,3…0,35.

uвх↓ → ↓

 

Мощность тепловых потерь в транзисторе

Рк = Р0 Рвых = ЕкІк п – Uк m Iк m / 2 .

(Рк )max при uвх = 0 и Iк m = 0 – режим покоя – самый тяжелый режим.

Применение: при маломощной нагрузке с минимальными нелинейными искажениями.

54

8.1.2 Усилитель мощности класса В

Трансформаторная схема:

 

 

IК1

 

 

 

 

VT1

w11

 

 

 

uВХ

+EK

 

w

2

RH

 

 

 

 

 

VT2

w12

Тр

 

 

IК2

Режим работы – двухтактный.

1 такт: положительная полуволна uвх ► VT1открыт, VT2 закрыт.

U11 Iк1Rн' Iк1RнKT2;

Uн U11 / KT ; KT w11 / w2 w12 / w2

2 такт: отрицательная полуволна uвх ► VT2открыт, VT1 закрыт.

 

U

21

I

 

 

R'

I

к2

R K2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к2

 

н

 

 

 

 

н

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

Uн U21 /KT ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

Ток источника питания

I0

 

 

Iк m

 

sin

 

t

d ( t)

 

I

к m ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Потребляемая мощность P

E

I

 

 

2

E

I

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

к

 

0

 

 

 

 

к

 

кm

 

 

 

 

 

 

Мощность нагрузки

 

Pн

ηтрPвых ηтрUкmIкm 2 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

Uкm

 

 

 

 

 

 

 

КПД каскада

 

η

 

н

 

 

η

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тр 4

 

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КПД идеального каскада ид = 0,785, реального каскада 0,65 … 0,7.

55

Мощность тепловых потерь транзисторов

P P

P

 

2E

к

Iк m

 

1

U

 

I

 

.

 

 

 

2

 

 

к

0

вых

 

 

 

 

 

к m

 

к m

 

При uвх = 0 ► Рк ≈ 0, при (Uк m)max ► (Рк )min .

 

 

 

 

Вывод: ηкл В > ηкл А;

Рн кл В > Рн кл А;

 

Рк кл В < Рк кл А

 

 

В усилителе класса В большие нелинейные искажения.

Для уменьшения искажений ► переход в класс АВ (смещением точек покоя транзисторов).

Применение: усилители средней и большой мощности.

Схема с непосредственным подключением нагрузки:

R1

VT1

+Eк1

Cр

 

Rн

 

 

uвх

VT2

 

R2

-Eк2

 

 

8.2 Многокаскадные усилители

1

2

N

Rн

uвх

 

 

 

Связь каскадов:

конденсаторная (УНЧ, УВЧ, ШПУ);

трансформаторная (УПУ);

непосредственная (УПТ, ИМС)

56

N

Коэффициент усиления многокаскадного усилителя КU KUi .

i 1

Частотные искажения

 

N

 

N

Mн

Mнi;

Mв

Mвi

 

 

1

 

1

Фазовые искажения

 

N

 

N

Н

Н i ;

В Вi

 

 

1

 

1

 

 

N

 

 

Нелинейные искажения

k ki

 

 

1

8.3 Обратные связи в усилителях

ОС осуществляется подачей на вход усилителя сигнала с его выхода.

По роду:

ОС по току;

ОС по напряжению.

Пример: ОС по току ►

По виду:

последовательная ОС;

параллельная ОС.

Пример: ОС по напряжению:

UГ

RН

IОС

 

UОС

UГ

RН

U

RН

UОС

Г

 

последовательная

 

 

 

параллельная

При наличии ОС: Uвх = UГ ± UОС . (“+” при ПОС,

“–“ при ООС)

ε

UOC

;

KU

 

U вых

;

KU OC

 

U вых

 

 

 

U Г

 

U вых

 

 

U вх

 

 

57

В усилителях применяется только ООС.

При ООС: KUOC < KU,

 

 

KUOC

 

 

 

 

1

 

1

 

ε;

 

KU ОС

 

KU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

KU

KU ОС

 

 

 

1 KU

При очень большом KU (как в ОУ) KU OC

 

KU

 

 

1 εKU

(определяется только параметрами цепи ОС).

dK U OC

 

1

 

dK

U

K U OC

1 εK U

 

K U

 

 

1

Пример: если dKU / KU = 20%, (1 + KU) = 20,

то dKU OC / KU OC = 1%.

Выводы:

1)ООС уменьшает коэффициент усиления;

2)ООС стабилизирует коэффициент усиления;

3)ООС изменяет входное и выходное сопротивления усилителя

(последовательная ООС: Rвх ОС = Rвх(1+ KU);

ООС по напряжению:

Rвых ОС = Rвых / (1+ KU);

ООС по току:

Rвых ОС = Rвых(1+ KU)).

Паразитные ПОС в усилителях подавляются.

58

Лекция 9 УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

 

 

ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

 

 

9.1

Усилители постоянного тока (УПТ)

 

9.1.1

Общие сведения

 

 

 

 

 

УПТ – для усиления постоянных и переменных сигналов (fн = 0).

 

Амплитудно-частотная характеристика УПТ →

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

Связь каскадов – непосредственная.

 

 

 

 

Дрейф усилителя – самопроизвольное

 

 

0

f

изменение Uвых УПТ при неизменном Uвх.

 

 

 

 

Uвых др

 

Оценка качества УПТ – приведенный дрейф: Uдр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

KU

 

9.1.2

Дифференциальный УПТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+EК

 

 

 

UК1

RК1

 

UВЫХ

RК2

UК2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IБ1

 

I

RН I

 

 

I

 

 

 

 

 

К1

К2

 

 

Б2

 

 

 

UВХ1

VT1

 

 

VT2

U

 

 

 

 

I

I

 

ВХ2

 

 

 

 

 

Э1

Э2

 

 

 

 

 

 

 

 

IЭ

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Э

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EЭ

 

 

 

 

Режим покоя.

Uвх1 = 0,

Uвх2 = 0,

 

 

 

 

 

 

Iбп1 = Iбп2, Iкп1 = Iкп2, Iэп1 = Iэп2,

 

 

мост уравновешен,

Uвых = Uкп2 Uкп1 = 0.

 

Iэ = Iэ1 Iэ2 = const (большое Rэ или источник тока), режим покоя

 

 

 

стабилизирован, дрейф незначителен.

 

59

Режим усиления. Uвх1 – прямой вход,

Uвх2 – инверсный вход,

 

 

 

 

Uк2 – прямой выход, Uк1 – инверсный выход.

 

Uвх1

> 0,

Uвх2

= 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iк1↑,

Iк2↓,

Uк1 = (Ек Iк1Rк1)↓, Uк2 = (Ек Iк2Rк2)↑

 

 

 

 

Uвых = Uк2 Uк1 = 2ΔUк

= КU Uвх;

 

 

 

 

K

 

 

Rк

;

R

2R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

R

вх

вх оэ

 

 

 

 

 

 

 

 

вх

 

 

 

Uвх1

= 0,

Uвх2

> 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iк1↓,

Iк2↑,

Uвых = – 2ΔUк

= – КU Uвх;

 

Uвх1

> 0,

Uвх2

> 0,

 

Uвых = КU (Uвх1 Uвх2)

 

 

 

 

 

 

Ослабление синфазного сигнала. При Uвх1 = Uвх2 должно быть Uвых = 0.

Вследствие неидеальности элементов каскада

Uвых > 0 – синфазная ошибка.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала: Kocc 20lg KUсинф

KU

- характеризует качество УПТ.

9.1.3 Модуляционный УПТ

Принцип действия: Uвх преобразуется (модулируется) в сигнал высокой частоты ► усиливается ►демодулируется.

Структурная схема:

М

u1

u2

У

ДМ

uВХ

 

uВЫХ

 

 

ГОН

60

uвх

 

0

t

u1

 

0

t

u2

 

0 t

uвых

 

0

t

Применение: усиление малых сигналов в прецизионных усилителях.

9.2 Операционные усилители (ОУ)

9.2.1 Общие сведения

Операционные усилители – УПТ на ИМС с большим коэффициентом усиления (104…105).

 

 

 

+Eп

Uвх1

Uвых

Uвх1

Uвых

Uвх2

Uвх2

 

 

-Eп

Условное обозначение:

Uвх1 – прямой вход, Uвх2 – инверсный вход