Васильев Л.А. - Конспект лекций
.pdf
|
|
|
|
|
|
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 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
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