ЗМІСТ

Реферат 3

Вступ 4

1. Теоретична частина 5

2. Розрахункова частина 15

2.1. Вибір режиму роботи транзистора за постійним струмом 15

2.2. Визначення параметрів підслювача 17

2.3. Розрахунок елементів схеми 18

3. Експериментальна частина 20

3.1. Складання електричної схеми дослідження

транзисторного підсилювача 20

3.2. Визначення за експериментальними даними коефіцієнтів

підсилення каскаду за напругою , струмом і потужністю 21

3.3 Зняття амплітудної характеристики підслювача 22

3.4. Зняття амплітудно-частотної характеристки підсилювача 2

Висновки 2

Список використаної літератури 2

ВСТУП

Основною метою виконання курсової роботи є набуття навиків розрахунку і аналізу побудови та роботи електронних пристроїв, визначення режимів роботи їх елементів з використанням при цьому довідникових даних і науково-технічної інформації, а також закріплення і розширення знань, отриманих при вивченні теоретичного матеріалу дисципліни. При виконанні курсової роботи студент повинен показати уміння обґрунтовано і послідовно висловлювати матеріал теми, що розробляється.

Курсова робота виконується з актуальних питань систем збору і обробки даних за індивідуальним завданням і оформлюється у вигляді розрахунково-пояснювальної записки і креслень. Основою для успішного виконання курсової роботи є глибоке вивчення науково-технічної літератури.

1. Теоретична частина

Підсилювач - елемент системи керування (або реєстрації та контролю), призначений для посилення вхідного сигналу до рівня, достатнього для спрацьовування виконавчого механізму (або реєструючих елементів), за рахунок енергії допоміжного джерела, або за рахунок зменшення інших характеристик вхідного сигналу. (Під терміном "сигнал" тут і далі розуміється будь-яке явище чи процес), характеристики якого необхідно збільшити).

Термін "підсилювач" у своєму первинному (основному) значенні відноситься до перетворення (збільшення, посилення) однією з характеристик вихідного вхідного сигналу (будь то механічний рух, коливання звукових частот, тиск рідини або потік світла), при цьому вид сигналу залишається незмінним (залишається механічним рухом і т. д.). (З одного виду в інший сигнал перетворять датчики та пристрої керування).

Типи підсилювачів

- Активний підсилювач - посилення сигналу здійснюється за рахунок енергії зовнішнього джерела: у сервоприводів (як то: гідро-, електро-, пневмоусилители) посилюється вихідне механічний рух (як правило, оператора), за рахунок зовнішньої енергії. В електричних підсилювачах збільшується амплітуда вихідного сигналу (за напруги й сили струму), в фотоумножителях - посилюється інтенсивність вихідного світлового потоку. В активних підсилювачах часто використовується зворотний зв'язок: позитивна - для підвищення чутливості, і негативна - для поліпшення точності/стабільності.

- Пасивний підсилювач - посилення однієї (необхідної) характеристики сигналу здійснюється за рахунок зменшення інших характеристик: наприклад, домкрат (а також тиси, таль ручна, важіль) є підсилювачем - руху сили руки - за рахунок швидкості (ця характеристика сигналу зменшується).

- Резонатори і екрани - види пасивних підсилювачів, застосовуваних для посилення періодичних (гармонійних) коливань в приймачах і передавачах звукових і радіохвиль

- Дзеркала і лінзи - аналогічно попередньому, для оптики, відбувається посилення для обраної ділянки (кута) спостереження/освітлення, в збиток іншим (дільниць, кутах). Сюди відносяться всі оптичні системи від лупи до телескопа.

- Системи з накопиченням енергії - види пасивних підсилювачів, в яких більшу частину часу відбувається тільки накопичення енергії сигналу (подається відносно рівномірно), і меншу частину часу (частіше - імпульсивно) - віддачу накопиченого і посиленого сигналу на виході: молоток, подолання крутий гірки з автомобілем "розгону", система запалювання (котушка запалювання) бензинових двигунів, рубінові лазери.

Види підсилювачів

- Електронний підсилювач

Електронний підсилювач - підсилювач електричних сигналів, підсилювальних елементах якого використовується явище електричної провідності у газах, вакуумі і напівпровідниках. Електронний підсилювач може являти собою як самостійне пристрій, так і функціональний блок (вузол) у складі якої апаратури - радіоприймачі, магнітофони, вимірювального приладу .

Рис1.Типова схема зі зворотним зв'язком

Структура підсилювачів

- Підсилювач являє собою у загальному випадку послідовність каскадів посилення (бувають і однокаскадные підсилювачі), сполучених між собою прямими зв'язками

- У більшості підсилювачів крім прямих присутні і зворотні зв'язки (міжкаскадні і внутрикаскадные). Негативні зворотні зв'язки дозволяють покращити стабільність роботи підсилювача і зменшити частотні і нелінійні спотворення сигналу. У деяких випадках зворотні зв'язки включають термозависимые елементи (термістори, позисторы) - для температурної стабілізації підсилювача або частотнозависимые елементи - для вирівнювання частотної характеристики

- Деякі підсилювачі (зазвичай УВЧ радіоприймальних і радіопередавальних пристроїв) оснащені системами автоматичного регулювання посилення (АРУ) або автоматичного регулювання потужності (АРМ). Ці системи дозволяють підтримувати приблизно постійна середній рівень вихідного сигналу при змінах рівня вхідного сигналу.

- Між каскади підсилювача, а також в його вхідних і вихідних ланцюгах, можуть включатися атенюатори або потенціометри - для регулювання підсилення, фільтри - для формування заданої частотної характеристики і різні функціональні пристрої - нелінійні та ін. - Як і в будь-якому активному пристрої в підсилювачі також присутній джерело первинного або вторинного електроживлення .

Класифікація електронного підсилювача

Аналогові підсилювачі та цифрові підсилювачі

- В аналогових підсилювачах аналоговий вхідний сигнал без цифрового перетворення посилюється аналоговими на підсилювальні каскади. Вихідний аналоговий сигнал без цифрового перетворення подається на аналогову навантаження.

- В цифрових підсилювачах, після аналогового посилення вхідного аналогового сигналу аналоговими на підсилювальні каскади до величини достатнього для аналогоцифрового перетворення аналогоцифровым перетворювач (АЦП, ADC) відбувається аналогоцифровое перетворення аналогового величини напруги) у цифрову величину - число (код), відповідний величиною напруги вхідного аналогового сигналу. Цифрова величина (число, код) або безпосередньо подається через буферні керуючі підсилювальні каскади на цифрове вихідна виконавчий пристрій, або подається на потужний цифроаналоговий перетворювач (АЦП, DAC) потужний аналоговий вихідний сигнал якого подається на аналогове вихідна виконавчий пристрій.

Операційний підсилювач

Операційний підсилювач (ОП, OpAmp) - підсилювач постійного струму з диференціальним входом і, як правило, єдиним виходом, що має високий коефіцієнт підсилення. ОП майже завжди використовуються в схемах з глибокої негативного зворотного зв’язком, яка, завдяки високому коефіцієнту посилення ОП, повністю визначає коефіцієнт передачі отриманої схеми. В даний час ОП отримали широке застосування як у вигляді окремих чіпів, так і у вигляді функціональних блоків у складі більш складних інтегральних схем.

Операційний підсилювач спочатку був спроектований для виконання математичних операцій, шляхом використання напруги як аналогової величини. Такий підхід лежить в основі аналогових комп'ютерів, у яких ОП використовувалися для моделювання базових математичних операцій (додавання, віднімання, інтегрування, диференціювання і т. д.). Однак ідеальний ОП є багатофункціональним схемотехническим рішенням, він має безліч застосувань крім математичних операцій. Реальні ОП, засновані на транзисторах, електронних лампах або інших активних компонентів.

Перші промислові лампові ОП (1940-е рр.) виконувалися на парі подвійних тріодів, у тому числі у вигляді окремих конструктивних збірок в корпусах з октальным цоколем.

У 1963 Роберт Видлар, інженер Fairchild Semiconductor, замислив перший інтегральний ОП - μA702. При ціні в 300 доларів прилад, який містив 9 транзисторів використовувався тільки у військових застосуваннях. Перший доступний інтегральний ОП, μA709, також замислений Видларом, був випущений в 1965; незабаром після випуску його ціна впала нижче 10 доларів, що досі надто дорого для побутового застосування, але цілком доступно для масової промислової автоматики і т. п. цивільних завдань.

У 1967 National Semiconductor, куди перейшов працювати Видлар, випустила LM101, а в 1968 Fairchild випустило практично ідентичний μA741 - перший ОП з вбудованою частотної корекцією. ОП LM101/μA741 був більш стабільний і простий у використанні, ніж попередники. Багато виробників досі випускають версії цього класичного чіпа (їх можна дізнатися за кількістю "741" у найменуванні). Пізніше були розроблені ЗУ та на інший елементній базі: на польових транзисторах з p-n переходом (кінець 1970х) і з ізольованим каналом (початок 80-х), що дозволило істотно поліпшити ряд характеристик. Багато сучасних ОП можуть бути встановлені в схеми, спроектовані для 741 без будь-яких доопрацювань, при цьому характеристики схеми тільки покращаться.

Застосування ОП в електроніці надзвичайно широко - операційний підсилювач, ймовірно, найбільш часто зустрічається елемент в аналогової схемотехніки. Додавання декількох зовнішніх компонентів робить з ОП конкретну схему аналогової обробки сигналів. Багато стандартні ОП коштують всього кілька центів у великих партіях, але підсилювачі з нестандартними характеристиками (в інтегральному або дискретному виконанні) можуть коштувати $100 і вище.

Операційний підсилювач характеризується дуже високим значенням коефіцієнта підсилення розімкнутого ланцюга (зворотного зв'язку), звичайно близьким до величини 106. Коефіцієнт підсилення двотактного підсилювача дуже близький до одиниці, тому загальне посилення зібраного за каскадною схемою підсилювача залишається дуже високим.

Рис2. Позначення операційного підсилювача на схемах

Виводи мають таке значення:

-V+: неінвертірующій вхід

-V-інвертують вхід:

-Vout: вихід

-VS + : плюс джерела живлення

-VS-: мінус джерела живлення

Зазначені п'ять виводів присутні в будь-якому ОП, вони необхідні для його функціонування. Проте, існують операційні підсилювачі, що не мають неинвертиующего входу. Зокрема, такі ОП знаходять застосування в аналогових обчислювальних машинах (АВМ). ОП, застосовувані в АВМ, прийнято ділити на 5 класів, з яких ОП першого і другого класу мають тільки один вхід. Операційні підсилювачі першого класу - підсилювачі високої точності (УВТ) з одним входом. Вони призначені для роботи у складі інтеграторів, суматори, пристроїв стеження-зберігання, електронних коефіцієнтів. Високий коефіцієнт посилення, гранично малі значення зміщення нуля вхідного струму і дрейфу нуля, висока швидкодія забезпечують зниження похибки, що вноситься підсилювачем, нижче 0,01 %. Операційні підсилювачі другого класу - підсилювачі середньої точності (ВУСТ) також з одним входом, що володіють меншим коефіцієнтом підсилення і великими значеннями зсуву і дрейфу нуля. Ці ОП призначені для застосування у складі електронних пристроїв установки коефіцієнтів, інверторів, електронних перемикачів,

Виводи живлення (VS+ і VS-) можуть бути позначені по-різному. Часто виводи живлення не малюють на схемі, щоб не захаращувати її несуттєвими деталями, при цьому спосіб підключення цих в виводів явно не вказується або вважається очевидним (особливо часто це відбувається при зображенні одного підсилювача з мікросхеми з чотирма підсилювачами з загальними виводами живлення). При позначенні ОП на схемах можна міняти місцями інвертують і неінвертірующій входи .

Основи функціонування ОП

Живлення :

У загальному випадку ОП використовує двополярне живлення, тобто джерело живлення має три виведення з потенціалами:

- U+ (до нього підключається VS+)

- 0

- U- (підключається VS-)

Вивід джерела живлення з нульовим потенціалом безпосередньо до ОП зазвичай не підключається, але, як правило, є сигнальної землею і використовується для створення зворотного зв'язку. Часто замість двополярного використовується більш просте однополярний, а загальна точка створюється штучно або поєднується з негативною шиною харчування.

ОП здатні працювати в широкому діапазоні напруг джерел живлення, типове значення для ОП загального застосування від ±1,5 В до ±15 при двуполярном харчуванні (тобто U+ = 1,5...15, U- = -15...-1,5, допускається значний перекіс). Відмінності реальних ОП від ідеального

Параметри ОУ можна поділити на групи:

Параметри по постійному струму

- Обмежене посилення: коефіцієнт Gopenloop не нескінченний (типове значення 105 ÷ 106 на постійному струмі). Цей ефект помітно проявляється лише у випадках, коли коефіцієнт передачі каскаду з ОП відрізняється від параметра Gopenloop у невелике число раз (посилення каскаду відрізняється від Gopenloop на 1÷2 порядку або ще менше).

- Ненульовий вхідний струм (або, що майже те ж саме, обмежене вхідний опір): типові значення вхідного струму складають 10-9÷ 10-12 А. Це накладає обмеження на максимальне значення опору у ланцюга зворотного зв'язку, а також на можливість узгодження по напрузі з джерелом сигналу. Деякі ОП мають на вході додаткові ланцюга для захисту входу від надмірної напруги - ці ланцюги можуть значно погіршити вхідний опір. Тому деякі ОП випускаються в захищеній і незахищеною версії.

- Ненульове вихідний опір. Це обмеження не має великого значення, так як наявність зворотного зв'язку ефективно зменшує вихідний опір каскаду на ОУ (практично до скільки завгодно малих значень).

- Ненульове напруга зсуву: вимога про рівність вхідних напруг в активному стані для реальних ОП виконується не зовсім точно - прагне підтримувати між своїми входами не точно нуль вольт, а деякий невеликий напруга (напруга зсуву). Іншими словами, реальний ОП веде себе як ідеальний ОП, у якого всередині послідовно з одним із входів включений генератор напруги з ЕРС Uзм. Напруга зсуву - дуже важливий параметр, він обмежує точність ОП, наприклад, при порівнянні двох напруг. Типові значення Uзм складають 10-3÷ 10-6.

- Ненульове посилення синфазних сигналу. Ідеальний ОП підсилює тільки різницю вхідних напруг, самі ж напруги значення не мають.

Параметри по змінному струмі

- Обмежена смуга пропускання. Будь-який підсилювач має кінцеву смугу пропускання, але фактор смуги не особливо значущий для ОП, оскільки вони мають внутрішню частотну корекцію для збільшення запасу по фазі.

- Ненульова вхідна ємність.Утворює фільтр нижніх частот.

- Ненульова затримка сигналу. Даний параметр, опосередковано пов'язаний з обмеженням смуги пропускання, може погіршити дію при підвищення робочих частот.

- Ненульове час відновлення після насичення .

По області застосування

Випускаються промисловістю операційні підсилювачі постійно удосконалюються, параметри ОП наближаються до ідеальним. Однак поліпшити всі параметри одночасно технічно неможливо або недоцільно через дорожнечу отриманого чіпа. Для того, щоб розширити область застосування ОП, випускаються різні їх типи, в кожному з яких один або кілька параметрів є видатними, а інші на звичайному рівні. Оскільки залежно від сфери застосування від ОП потрібно високе значення того або іншого параметра, але не одразу.

Класифікація ОП по областях застосування

- Індустріальний стандарт. Так називають широко застосовувані, дуже дешеві ОУ загального застосування з середніми характеристиками. Приклад "класичних" ОП: з біполярним входом - LM324, з польовим входом - TL084.

- Прецизійні ОП мають дуже малі напруги зсуву, застосовуються в точних вимірювальних схемах. Зазвичай ОП на біполярних транзисторах за цим показником дещо краще, ніж на польових. Також від прецизійних ОП потрібно довгострокова стабільність параметрів. Виключно малими зміщеннями мають стабілізовані перериванням ОП.

- З малим вхідним струмом (електрометричні) ОУ. Всі ОП, що мають польові транзистори на вході, мають малий вхідним струмом. Але серед них існують спеціальні ОП з винятково малим вхідним струмом. Щоб повністю реалізувати їх переваги при проектуванні пристроїв з їх використанням навіть необхідно враховувати витік струму на друкованій платі. Приклад: AD549 з вхідним струмом 6×10-14 А.

- Мікропотужні і програмовані ОУ споживають малий струм на власне живлення. Такі ОП не можуть бути швидкодіючими, так як малий споживаний струм і високу швидкодію - взаємовиключні вимоги. Програмованими називаються ОП, для яких всі внутрішні струми спокою можна поставити за допомогою зовнішнього струму, що подається на спеціальний вивід ОП.

- Потужний (сильнострумовій) ОП можуть віддавати великий струм в навантаження, тобто допустимий опір навантаження менше стандартних 2кОм, і може становити до 50 Ом.

- Низьковольтні ОП працездатні при напрузі живлення 3В і навіть нижче. Як правило, вони мають rail-to-rail вихід.

- Високовольтні ОП. Всі напруги для них (харчування, синфазное вхідна, максимальна вихідна) значно більше, ніж для ОП широкого застосування.

- Швидкодіючі ОП мають високу швидкість наростання і частоту одиничного посилення. Такі ОП не можуть бути мікропотужними, і як правило виконані на біполярних транзисторах.

- Малошумні ОП

- Звукові ОП. Мають мінімально можливу коефіцієнт гармонік (THD).

- Спеціалізовані ОП. Зазвичай розроблені для конкретних завдань (підключення фотодатчика, магнітної голівки, і ін.). Можуть містити в собі готові ланцюги або окремі необхідні для цього резистори .