Ответы на экзаменационные вопросы по ЭиС

Вопросы к экзамену

1.Какой прибор называют усилителем? Какова его структура? Назовите признаки классификации усилительных приборов.

Усилитель – устройство для усиления входного сигнала (например, напряжения, тока или механического перемещения, колебания звуковых частот, давления жидкости или потока света), но без изменения вида самой величины и сигнала, до уровня достаточного для срабатывания исполнительного механизма (или регистрирующих элементов), за счёт энергии вспомогательного источника.

Структура:

-Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов усиления (бывают и однокаскадные усилители), соединённых между собой прямыми связями

-В большинстве усилителей, кроме прямых, присутствуют и обратные связи (межкаскадные и внутрикаскадные).

-Некоторые усилители (обычно УВЧ радиоприёмных и радиопередающих устройств) оснащены системами автоматической регулировки усиления (АРУ) или автоматической регулировки мощности (АРМ)

-Между каскадами усилителя, а также в его входных и выходных цепях, могут включаться аттенюаторы или потенциометры — для регулировки усиления, фильтры — для формирования заданной частотной характеристики и различные функциональные устройства — нелинейные и др.

-Как и в любом активном устройстве, в усилителе также присутствует источник первичного или вторичного электропитания (если усилитель представляет собой самостоятельное устройство) или цепи, через которые питающие напряжения подаются с отдельного блока питания.

Существуют:

-Аналоговые усилители и цифровые усилители

-Виды усилителей по элементной базе

-Виды усилителей по диапазону частот

-Виды усилителей по полосе частот

-Виды усилителей по типу нагрузки

-Специальные виды усилителей

-Некоторые функциональные виды усилителей

-Усилители в качестве самостоятельных устройств

2.Назовите основные показатели и характеристики усилительных приборов.

Косновным техническим показателям электронных усилителей относятся

-коэффициенты усиления – по току, по мощности, по напряжению;

-линейные и нелинейные искажения;

-потребляемая мощность и коэффициент полезного действия;

-входные и выходные параметры;

-диапазон рабочих частот;

-динамический диапазон;

-чувствительность;

-уровень шумов;

-устойчивость;

-надежность;

-стабильность

-масса, габариты и другие эксплуатационные параметры.

Амплитудная характеристика

Амплитудная характеристика — это зависимость амплитуды выходного напряжения (тока) от амплитуды входного напряжения (тока).

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазо-частотная характеристика (ФЧХ) усилителя.

Переходная характеристика усилителя

3.Назовите виды искажений, возникающих в усилительных приборах и параметры их оценки.

Нелинейные искажения представляют собой изменение формы кривой усиливаемых колебаний, вызванное нелинейными свойствами цепи, через которую эти колебания проходят.

Частотные называются искажения, обусловленные изменением величины коэффициента усиления на различных частотах. Причиной частотных искажений является присутствие в схеме реактивных элементов – конденсаторов, катушек индуктивности, междуэлектродных емкостей усилительных элементов, емкости монтажа и т.д.

Зависимость величины реактивного сопротивления от частоты не позволяет получить постоянный коэффициент усиления в широкой полосе частот. Частотные искажения, вносимые усилителем, оценивают по его амплитудно-частотной характеристике, представляющей собой зависимость коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала.

4.Какие существуют способы соединения каскадов в многокаскадных усилителях. В каких случаях применяется тот или иной способ связи? Назовите достоинства и недостатки каждого вида.

Многокаскадный усилитель представляет собой последовательное соединение однотипных усилительных каскадов, каждый из которых, работая в своем режиме, увеличивают значения параметров электрических сигналов. По этим признакам различают усилители тока, напряжения и мощности

Для получения неискаженной формы и заданной мощности полезного сигнала на выходе усилителя необходимо применять несколько каскадов усиления.

Между этими каскадами существуют различные способы связи: через разделительные конденсаторы (емкостная), с помощью трансформаторов (трансформаторная), непосредственная (гальваническая).

A – Емкостная, B – трансформаторная, С – гальваническая;

А – В данном усилителе оба каскада собраны по схеме с общим эмиттером. Известно, что такая схема характеризуется большим выходным и относительно малым входным сопротивлениями. Таким образом, вход последующего каскада оказывается не согласованным с выходом предыдущего.

B - Для согласования применяют трансформаторную связь, при которой обеспечивается максимально возможная мощность на входе последующего каскада (Сх2.). В ряде устройств автоматического контроля измеряют и регулируют такие величины, как температура, давление, механические напряжения и т. д. Эти неэлектрические величины преобразуют в медленно меняющиеся токи и напряжения с частотой порядка 1 Гц и меньше.

С - Так как усиление таких медленно меняющихся сигналов невозможно с помощью обычных УНЧ с емкостной или трансформаторной связью, применяют специальные усилители с гальванической связью между каскадами — усилители постоянного тока (УПТ). На вход таких усилителей подают сигналы порядка; долей милливольт. Для усиления таких слабых сигналов приходится применять многокаскадный УПТ

5.Перечислите режимы работы усилителей и дайте им краткую характеристику.

Режимы работы: А, B, AB, C, D.

А:

-Uвых(t) = Uвх(t) за счёт транзисторов, находящихся в активной зоне,

-Минимальное, наименьшее искажение,

-Низкое КПД <0,5;

B:

-Uси(смещения) = 0, выбирается в самом начале входной характеристики,

-Сигнал пульсирующий, КПД высокий и достигает 70%,

-Выходной сигнал сильно искажен,

-Только двух контактные усилители;

AB:

-Промежуточное между режимами A and B,

-Небольшое Uсм, меньшее нелинейное искажение,

-Используется в высококачественных двух контактных усилителях мощности;

C:

-Рабочая точка сдвинута влево на входной характеристике от начала координат,

-Высокое КПД,

-Высокое нелинейное искажение;

D:

-Либо в режиме отсечки, либо в режиме насыщения,

-КПД практически равен 1,

-Uнас<1 В

6.Обратные связи (ОС) в усилителях. Классификация и параметры ОС. Влияние ОС на характеристики и параметры усилителей.

Обратной связью (ОС) называется явление передачи части энергии усиленных колебаний из выходной цепи усилителя в его входную цепь.

Причинами, способствующими передаче энергии с выхода на вход усилителя, могут быть:

а) физические свойства и конструктивные особенности применяемых транзисторов (наличие емкостей и индуктивностей выводов, емкостей р-п- переходов и пр.). Возникающая при этом ОС называется внутренней обратной связью;

б) неудачное расположение и монтаж усилительных каскадов, когда паразитные емкостные и индуктивные связи создают путь для передачи колебаний с выхода на вход. Обратные связи, возникающие в этом случае,

называют паразитными;

в) специальные цепи, введенные конструктором для передачи колебаний с выхода усилителя на его вход с целью придать устройству нужные свойства. Такую обратную связь называют внешней обратной связью.

Различают следующие четыре основных вида обратных связей в усилителе:

-последовательная ОС по напряжению;

-параллельная ОС по напряжению;

-последовательная ОС по току;

-параллельная ОС по току.

Влияние ОС на:

-Коэффициент усиления,

-Входное и выходное сопротивление,

-Нелинейное искажение, АЧХ, ЧФХ.

7.Какими параметрами оценивается влияние обратной связи на усилитель? Паразитные обратные связи. Что характеризует устойчивость усилителя как ее повысить?

8.Какие виды ОС различают, в зависимости от способа получения сигнала ОС. Оцените влияние последовательной ООС по напряжению на параметры усилительного каскад.

Анализ схемы показывает, что параллельная ООС уменьшает входное сопротивление усилительного устройства, так как при ней ко входному

сопротивлению усилителя Rвх как бы присоединяется параллельно сопротивление Rсв.

9.Усилитель с резистивной нагрузкой на биполярных транзисторах. Режим и параметры усилителя. Расчёт элементов схемы для задания рабочей точки. Расчёт параметров усилителя.

В усилителе в качестве активного элемента использован биполярный транзистор. Перед тем, как подавать на вход усилителя сигнал, подлежащий усилению, необходимо обеспечить начальный режим работы (статический режим, режим по постоянному току, режим покоя). Начальный режим работы характеризуется постоянными токами электродов транзистора и напряжениями между этими электродами.

Различают следующие режимы работы транзистора (классы работы): А, АБ, В, С и D.

Рассматриваемые RC – усилители обычно работают в режиме А. В режиме А ток коллектора всегда больше нуля (iк > 0). При этом он увеличивается или уменьшается в зависимости от входного сигнала. В режиме В ток Iкн=0, поэтому ток коллектора может только увеличиваться. При синусоидальном входном сигнале в цепи коллектора протекают положительные полуволны тока. Режим АВ является промежуточным между режимами А и В. В режиме С на вход транзистора подается начальное запирающее напряжение, поэтому в цепи коллектора в каждый период входного сигнала ток протекает в течение времени, меньшего чем половина периода. Режимом D называют ключевой режим работы (транзистор находится или в режиме насыщения, или в режиме отсечки)