- •2.3. Методы анализа линейных усилительных каскадов
- •7. Вольт-амперные характеристики полевых транзисторов
- •8. Схемы замещения.
- •9. Составной транзистор – это комбинация двух (или нескольких) транзисторов, которую можно рассматривать как единое целое.
- •14. Операционный усилитель (оу) как аэ аналоговой схемотехники. Модели оу. Представление ачх и фчх и двух- и трехкаскадной моделей оу
- •15. Обеспечение устойчивости оу с цепью оос.
- •16. Реальные параметры и идеализированные свойства оу. Эквивалентная схема оу по постоянному току. Основные операционные схемы (ос): инвертирующая, неинвертирующая и дифференциальная.
- •18. Особенности проектирования и расчета пн и птн
- •19. Статические и динамические нагрузочные характеристики аэ и их использование в аналоговой схемотехнике. Режимы а, в, с, d. Основные энергетические показатели и диаграммы мощности режимов.
- •21.Стабилизация рт с помощью оос. Параметрическая стабилизация. Цепи питания бт. Использование гст для задания режимов работы аэ
- •23. Каскады с повышенным входным сопротивлением на бт и пт. Применение составных транзисторов. Пересчет параметров транзисторов при различных включениях
- •24. Особенности работы каскадов в режиме большого сигнала. Требования, предъявляемые к выходным каскадам. Виды каскадов. Однотактные выходные каскады.
- •25. Построение нагрузочных характеристик. Двухтактные выходные каскады. Классификация, особенности работы и свойства.
- •26. Особенности оценки энергетических показателей двухтактного каскада в режиме в. Методы стабилизации режима по постоянному току при работе с отсечкой тока. Выходные каскады с повышенным кпд
- •27.Бестрансформаторный усилитель мощности.
- •28.Определение параметров транзистора по его входным и выходным вольтамперным характеристикам.
- •29.Широкополосные усилители (шу) с коррекцией ачх и пх. Методы коррекции характеристик (нч и вч).
- •30.Усилители постоянного тока (упт). Принципы построения, обеспечение минимального дрейфа параметров. Упт с преобразованием.
- •31.Усилительные каскады с динамической нагрузкой. Каскадный усилитель. Многокаскадные усилители с оос. Методы увеличения глубины оос. Паразитные обратные связи и методы борьбы с ними.
- •32. Построение нагрузочных прямых по постоянному и переменному току.
- •33. Расчет параметров усилителей с обратными связями
- •34. Основные определения (терминология) в интегральной схемотехнике. Интегральные микросхемы, элементы, компоненты. Элементы конструкции.
- •35. Простые и сложные ис. Степень интеграции ис. Классификация ис
- •36. Система условных обозначений в ис. Методы изготовления (виды технологий) ис
- •37. Оу как активный элемент мэу. Типы оу и их отличительные особенности. Меры предосторожности и полезные советы при использовании оу
- •38.Корректирующие усилители на оу
- •39. Гст на основе оу. Гст с изолированной нагрузкой. Оценка параметров и точности формирования тока с реальным оу. Гст с заземленной нагрузкой.
- •42.Стабилизаторы напряжения сн на основе оу. Сн как элемент схемотехники. Однополярные сн с опорными стабилитронами.
- •43. Сн с повышенной нагрузочной способностью и ограничениям по току. Следящий сн разнополярных напряжений.
- •44. Экстрематоры сигналов на основе оу (однополярные и двухполярные). Оценка точности формирования экстремума.
- •45. Линейные преобразователи переменного напряжения в постоянное. Сущность линеаризации амплитудной характеристики. Критерий малости преобразуемого напряжения. Пн амплитудных значений.
- •46. Электронно-управляемые масштабные пн на основе оу. Пн с линейным и экспоненциальным управлением и электронным переключением полярности коэффициента передачи.
- •47. Мостовой усилитель как преобразователь приращений проводимостей (сопротивлений) в напряжение. Циркулятор сигналов. Линейные преобразователи полных проводимостей (сопротивлений) в напряжение.
- •48. Устройства регулирования сигналов и регулируемые усилители
- •49. Основные свойства и параметры перемножителей сигналов (пс). Реализация математических операций (умножения, деления, возведения в квадрат, извлечения квадратного корня) на основе пс.
- •1.2.7 Синхронный (линейный) амплитудный демодулятор
- •51. Методы реализации пс на основе операций логарифмирования и антилогарифмирования сигналов, на основе изменения проводимости канала пт, на основе использования время амплитудного преобразования
- •1.2.11Времяамплитудный перемножитель сигналов
- •52. Расчет упт и функциональных преобразователей на основе оу.
- •53. Системы сбора и распределения данных. Интегральные компараторы сигналов. Аналоговые коммутаторы ак. Многоканальные коммутаторы: мультиплексоры, демультиплексоры
- •58. Задачи, основные этапы и особенности схемотехнического проектирования. Основные принципы интегральной схемотехники. Теоретические основы интегральной схемотехники. Анализ структур активных
- •59. Транзисторные структуры тс. Диодно-транзисторные структуры дтс как отражатели тока. Токовое зеркало Уилсона. Биполярно-униполярные структуры. Отражатели тока на пт.
- •60. Проблемы непосредственной связи в полупроводниковых ис. Согласование импедансов и уровней постоянного тока. Стабилизация уровней напряжения и тока.
- •61. Источники опорного напряжения ион на бт и пт. Ион с умножением напряжения база-эмиттер бт. Повышение коэффициента фильтрации питающего напряжения. Ион с термокомпенсацией.
- •63. Основные типы каскадов и ососбенности их реализации в полупроводниковых ис: однотактные, двухтактные, дифференциальные. Ду на бт и пт как активные элементы интегральной схемотехники.
- •64. Разновидности схемотехники интегральных ду. Ду на моп-транзисторах с активной нагрузкой.
- •70. Схемотехническое проектирование реальной модели оу. Схемотехника модели. Формирование малосигнальных параметров. Определение параметров статических ошибок оу
- •75. Формирование синусоидальных сигналов с повышенной стабильностью амплитуды и линейностью характеристик управления по частоте.
- •76. Теоретические основы управляемых высокочастотных и низкочастотных автогенераторов. Схемотехническая реализация микроэлектронных автогенераторов на высоких и низких частотах.
- •77. Широкополосный амплитудный демодулятор. Преобразователь частоты импульсов в напряжение. Формирователи импульсных сигналов из синусоидальных.
- •78. Прецизионный амплитудный демодулятор. Линейный частотный модулятор и цифровой частотно-фазовый демодулятор в его составе.
- •79. Сущность проблемы индуктивности в микроэлектронике. Реализация индуктивности с помощью аэ. Реализация активных фильтров (аф).
- •80. Методы синтеза аф и их сравнительная оценка. Аппроксимация нормированной ачх фнч. Преобразование ачх фнч в ачх фвч и в ачх полосовых фильтров пф.
- •81. Усилители с ограниченным коэффициентом передачи в аф. Типовые структуры аф на оу. Режекторно-полосовые фильтры и их свойства, ограничительные свойства аф.
43. Сн с повышенной нагрузочной способностью и ограничениям по току. Следящий сн разнополярных напряжений.
44. Экстрематоры сигналов на основе оу (однополярные и двухполярные). Оценка точности формирования экстремума.
Экстрематор представляет собой усилитель с нелинейной отрицательной обратной связью, запоминающей значение входного сигнала в момент разрыва цепи ООС [4]. Действительно, при открытом стабилизаторе VI цепь ООС ОУЗ замкнута, и напряжение на конденсаторе С2 отслеживает напряжение на входе.
В точке экстремума (рис. 5.10, б) разность потенциалов на входах ОУЗ изменяет Знак, вследствие чего для замыкания цепи ООС напряжение на выходе ОУЗ скачкообразно изменяется по величине и знаку. Величина скачка напряжения равна напряжению _
|
пробоя стабилитрона U^Момент формирования скачка с высокой точностью соответствует экстремуму входного колебания. В зависимости от требований к точности и быстродействию схемы узлы УВХ, ОВ, Ж могут иметь различные варианты исполнения (см. соответствующие разделы).
Экстрематоры представляют собой устройства, формирующие выходной дискретный или импульсный сигнал в моменты экстремума входного сигнала. Совмещение УВХ с экстрематорами позволяет построить схемы пиковых детекторов следящего типа, т. е. с автоматическим сбросом предыдущего запомненного результата экстремума. Такие ПД широко используют в качестве амплитудных демодуляторов.
Экстрематор напряжения, содержащий источник сигнала и генератор импульсов, отличающийся тем, что источник сигнала соединен с входами первого и второго устройства выборки-хранения, причем выход генератора импульсов соединен с входом управления первого устройства выборки-хранения непосредственно, а с входом управления второго устройства выборки-хранения - через логический инвертор, выход первого устройства выборки-хранения подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя, а выход второго устройства выборки-хранения - к инвертирующему входу этого усилителя, выход которого через первый масштабный резистор подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, а через второй масштабный резистор - к неинвертирующему входу этого же усилителя, который через ключ подсоединен к земляной шине, причем вход управления этого ключа подсоединен к выходу логического инвертора, инвертирующий вход операционного усилителя через третий масштабный резистор соединен с его же выходом, который подключен к инвертирующему входу компаратора напряжения, а к неинвертирующему входу компаратора подключен источник опорного напряжения положительной полярности.
45. Линейные преобразователи переменного напряжения в постоянное. Сущность линеаризации амплитудной характеристики. Критерий малости преобразуемого напряжения. Пн амплитудных значений.
Выпрямители используются в блоках питания радиоэлектронных устройств для преобразования переменного напряжения в постоянное. Схема любого выпрямителя содержит 3 основных элемента:
Силовой трансформатор – устройство для понижения или повышения напряжения питающей сети и гальванической развязки сети с аппаратурой.
Выпрямительный элемент (вентиль), имеющий одностороннюю проводимость – для преобразования переменного напряжения в пульсирующее.
Фильтр – для сглаживания пульсирующего напряжения.
Выпрямители могут быть классифицированы по ряду признаков:
по схеме выпрямления – однополупериодные, двухполупериодные, мостовые, с удвоением (умножением) напряжения, многофазные и др.
По типу выпрямительного элемента – ламповые(кенотронные), полупроводниковые, газотронные и др.
По величине выпрямленного напряжения – низкого напряжения и высокого.
По назначению –для питания анодных цепей, цепей экранирующих сеток, цепей управляющих сеток, коллекторных цепей транзисторов, для зарядки аккумуляторов и др.
Основные характеристики выпрямителей:
Основными характеристиками выпрямителей являются:
Номинальное напряжение постоянного тока – среднее значение выпрямленного напряжения, заданное техническими требованиями. Обычно указывается напряжение до фильтра U0 и напряжение после фильтра (или отдельных его звеньев – U. Определяется значением напряжения, необходимым для питаемых выпрямителем устройств.
Номинальный выпрямленный ток I0 – среднее значение выпрямленного тока, т.е. его постоянная составляющая, заданная техническими требованиями. Определяется результирующим током всех цепей питаемых выпрямителем.
Напряжение сети Uсети – напряжение сети переменного тока, питающей выпрямитель. Стандартное значение этого напряжения для бытовой сети –220 вольт с допускаемыми отклонениями не более 10 %.
Пульсация – переменная составляющая напряжения или тока на выходе выпрямителя. Это качественный показатель выпрямителя.
Частота пульсаций – частота наиболее резко выраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе выпрямителя. Для самой простой-однополупериодной схемы выпрямителя частота пульсаций равна частоте питающей сети. Двухполупериодные, мостовые схемы и схемы удвоения напряжения дают пульсации, частота которых равна удвоенной частоте питающей сети. Многофазные схемы выпрямления имеют частоту пульсаций, зависящую от схемы выпрямителя и числа фаз.
Коэффициент пульсаций – отношение амплитуды наиболее резко выраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе выпрямителя к среднему значению напряжения или тока. Различают коэффициент пульсаций на входе фильтра (p0 % ) и коэффициент пульсаций на выходе фильтра (p %). Допускаемые значения коэффициента пульсаций на выходе фильтра определяются характером нагрузки.
Коэффициент фильтрации (коэффициент сглаживания) – отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на выходе фильтра k с = p0 / p. Для многозвенных фильтров коэффициент фильтрации равен произведению коэффициентов фильтрации отдельных звеньев.
Колебания (нестабильность) напряжения на выходе выпрямителя –изменение напряжения постоянного тока относительно номинального. При отсутствии стабилизаторов напряжения определяются отклонениями напряжения сети.
Схемы выпрямителей.
Выпрямители, применяемые для однофазной бытовой сети выполняются по 4 основным схемам: однополупериодной, двухполупериодной с нулевой точкой(или просто- двухполупериодной), двухполупериодной мостовой(или просто –мостовой, реже называется как “схема Греца”), и схема удвоения(умножения) напряжения(схема Латура). Для многофазных промышленных сетей применяются две разновидности схем: Однополупериодная многофазная и схема Ларионова.
Чаще всего используются трехфазные схемы выпрямителей.
Основные показатели, характеризующие схемы выпрямителей могут быть разбиты на 3 группы:
Относящиеся ко всему выпрямителю в целом: U0 -напряжение постоянного тока до фильтра, I0 – среднее значение выпрямленного тока, p0 – коэффициент пульсаций на входе фильтра.
Определяющие выбор выпрямительного элемента (вентиля): Uобр – обратное напряжение (напряжение на выпрямительном элементе(вентиле) в непроводящую часть периода), Iмакс – максимальный ток проходящий через выпрямительный элемент (вентиль) в проводящую часть периода.
Определяющие выбор трансформатора: U2 – действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, I2 – действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора, Pтр – расчетная мощность трансформатора.
Основные характеристики различных схем выпрямления.
Сравнение схем выпрямления и ориентировочный расчет выпрямителя можно сделать используя данные из таблицы.
Тип схемы |
Uобр |
I макс |
I 2 |
U 2 |
C 0 * |
P0 % |
U C0 |
Однополупериодная |
3 U0 |
7 I 0 |
2 I 0 |
0,75U0 |
60 I 0/U0 |
600 I0 ¯¯¯¯¯¯ U0 *C0 |
1,2U0 |
Двухполупериодная |
3 U0 |
3,5 I 0 |
I 0 |
0,75U0 |
30 I 0/U0 |
300 I0 ¯¯¯¯¯¯ U0 *C0 |
1,2U0 |
Мостовая |
1,5 U0 |
3,5 I 0 |
1,41 I 0 |
0,75U0 |
30 I 0/U0 |
300 I0 ¯¯¯¯¯¯ U0 *C0 |
1.2U0 |
Удвоения напряжения |
1,5 U0 |
7 I 0 |
2,8 I 0 |
0,38U0 |
125 I 0/U0 |
1250 I0 ¯¯¯¯¯¯ U0 *C0 |
0,6U0 |
* Значение емкости конденсатора рассчитано для P0 % = 10 %
Задавшись значением напряжения на выходе выпрямителя U0 и значением номинального тока в нагрузке(среднего значения выпрямленного тока) I 0, можно без труда определить напряжение вторичной обмотки трансформатора, ток во вторичной обмотке, максимально допустимый ток вентилей, обратное напряжение на вентилях, а также рабочее напряжение конденсатора фильтра. Задавшись необходимым коэффициентом пульсаций, можно рассчитать значение емкости на выходе выпрямителя.
Однополупериодный выпрямитель.
Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.
U2 - Напряжение на вторичной обмотке трансформатора
Uн – Напряжение на нагрузке.
Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.
Как видно на осциллограммах напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт и напряжение в нагрузку подается только с заряженного в предыдущий полупериод конденсатора. При отсутствии конденсатора пульсации выпрямленного напряжения довольно значительны.
Недостатками такой схемы выпрямления являются: Высокий уровень пульсации выпрямленного напряжения, низкий КПД, значительно больший, чем в других схемах, вес трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.
Данная схема выпрямителя применяется крайне редко и только в тех случаях, когда выпрямитель используется для питания цепей с низким током потребления.
Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой.
Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.
U2 - Напряжение на одной половине вторичной обмотки трансформатора
Uн – Напряжение на нагрузке.
Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.
В этом выпрямителе используются два вентиля, имеющие общую нагрузку и две одинаковые вторичные обмотки трансформатора(или одну со средней точкой).
Практически схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, имеющих два разных источника и общую нагрузку. В одном полупериоде переменного напряжения ток в нагрузку проходит с одной половины вторичной обмотки через один вентиль, в другом полупериоде - с другой половины обмотки, через другой вентиль.
Преимущество: Эта схема выпрямителя имеет в 2 раза меньше пульсации по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления. Емкость конденсатора при одинаковом с однополупериодной схемой коэффициенте пульсаций может быть в 2 раза меньше.
Недостатки: Более сложная конструкция трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.
Мостовая схема выпрямителя.
Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке
U2 - Напряжение вторичной обмотки трансформатора
Uн – Напряжение на нагрузке.
Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.
Основная особенность данной схемы – использование одной обмотки трансформатора при выпрямлении обоих полупериодов переменного напряжения.
При выпрямлении положительного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: Верхний вывод вторичной обмотки – вентиль V2 – верхний вывод нагрузки – нагрузка - нижний вывод нагрузки - вентиль V3 – нижний вывод вторичной обмотки – обмотка.
При выпрямлении отрицательного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: Нижний вывод вторичной обмотки – вентиль V4 – верхний вывод нагрузки - нагрузка – нижний вывод нагрузки – вентиль V1 – верхний вывод вторичной обмотки – обмотка.
Как мы видим, в обоих случаях направление тока через нагрузку (выделено курсивом) одинаково.
Преимущества: По сравнению с однополупериодной схемой мостовая схема имеет в 2 раза меньший уровень пульсаций, более высокий КПД, более рациональное использование трансформатора и уменьшение его расчетной мощности. По сравнению с двухполупериодной схемой мостовая имеет более простую конструкцию трансформатора при таком же уровне пульсаций. Обратное напряжение вентилей может быть значительно ниже, чем в первых двух схемах.
Недостатки: Увеличение числа вентилей и необходимость шунтирования вентилей для выравнивания обратного напряжения на каждом из них.
Эта схема выпрямителя наиболее часто применяется в самых различных устройствах. На основе этой схемы, при наличии среднего вывода с вторичной обмотки трансформатора можно получить еще два варианта схем выпрямления:
На левой схеме отвод от средины вторичной обмотки позволяет получить еще одно напряжение, меньше основного в 2 раза. Таким образом основное напряжение получается с мостовой схемы выпрямления, дополнительное – с двухполупериодной.
На правой схеме получается двуполярное напряжение амплитудой в 2 раза меньше чем получаемое в основной схеме. Оба напряжения получаются с помощью двуполупериодных схем выпрямления.
Схема удвоения напряжения.
Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.
U2 - Напряжение вторичной обмотки трансформатора
Uн – Напряжение на нагрузке.
Отличительной особенностью данной схемы является то, что в одном полупериоде переменного напряжения от вторичной обмотки трансформатора “заряжается” один конденсатор, а во втором полупериоде от той же обмотки– другой. Поскольку конденсаторы включены последовательно, то результирующее напряжение на обоих конденсаторах ( на нагрузке) в два раза выше, чем можно получить от той же вторичной обмотки в схеме с однополупериодным выпрямителем.
Преимущества: Вторичную обмотку трансформатора можно расчитывать на значительно меньшее напряжение.
Недостатки: Значительные токи через вентили выпрямителя, Уровень пульсаций значительно выше, чем в схемах двухполупериодных выпрямителей.
Эта же схема может использоваться еще в двух вариантах:
Левая схема предназначена для получения двух напряжений питания одной полярности, правая – для получения двуполярного напряжения с общей точкой.
Во втором варианте схемы характеристики выпрямителя соответствуют характеристикам однополупериодного выпрямителя.
Многофазные выпрямители.
Многофазные выпрямители применяются как правило только в промышленной и специальной аппаратуре.
Обычно в промышленной аппаратуре применяются трехфазные выпрямители двух типов – трехфазный выпрямитель и выпрямитель Ларионова.
Трехфазный выпрямитель.
Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.
ФА, ФС, ФВ – напряжения на вторичных обмотках трехфазного трансформатора.
U va Uvb Uvc напряжение на нагрузке получаемое с соответствующего вентиля.
Uн – Суммарное напряжение на нагрузке.
Выпрямитель представляет собой однополупериодный выпрямитель для каждой из трех фазных вторичных обмоток. Все три вентиля имеют общую нагрузку.
Если рассмотреть осциллограммы напряжения на нагрузке при отключенном конденсаторе для каждой из трех фаз, то можно заметить, что напряжение на нагрузке имеет такой же уровень пульсаций как и в схеме однополупериодного выпрямления. Сдвиг фаз(т.е. сдвиг по времени) напряжений выпрямителей между собой в результате даст в 3 раза меньший уровень пульсаций, чем в однофазной однополупериодной схеме выпрямления.
Достоинства: Низкий уровень пульсаций выпрямленного напряжения.
Недостатки: Так же как и в однофазной однополупериодной схеме выпрямления низкий КПД, нерациональное использование трансформатора. Данный выпрямитель неприменим для обычной однофазной сети.
Схема Ларионова.
Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.
Этот выпрямитель представляет собой мостовые выпрямители для каждой пары трехфазных обмоток, работающие на общую нагрузку. Соединяя в себе достоинства мостового выпрямителя и трехфазного питания, он имеет настолько низкий уровень пульсаций, что позволяет работать почти без сглаживающего конденсатора или с небольшой его емкостью.
Недостатки: Увеличенное количество вентилей. Выпрямитель также не может быть применен для работы в однофазной бытовой сети.
Выпрямители для безтрансформаторного питания аппаратуры.
Безтрансформаторные выпрямители являются простейшими неавтономными источниками постоянного тока. Они применяются при напряжениях близких к напряжению сети или превышающих его в 1,5 – 2,5 раза и токах до нескольких десятков миллиампер.
Ограниченное применение безтрансформаторных выпрямителей объясняется в первую очередь требованиями техники безопасности, так как оба полюса выпрямленного напряжения гальванически связаны с сетью. Второй недостаток таких выпрямителей – отсутствие гибкости при выборе выпрямленного напряжения. Для радиоаппаратуры можно использовать в качестве безтрансформаторных выпрямители: Однополупериодный, мостовой, удвоения напряжения. Основные характеристики такие же как и в случае с трансформаторным питанием. Сетевое напряжение подключают к точкам подключения вторичных обмоток трансформаторов(вместо трансформатора).
Безтрансформаторные схемы опасны для использования!
Для питания малогабаритной портативной аппаратуры с токами до 15-20 миллиампер можно применять однополупериодные или мостовые схемы с гасящими конденсаторами.
В этой схеме конденсатор Сгас выполняет роль “безваттного” реактивного сопротивления, образующий с активным сопротивлением нагрузки своеобразный делитель напряжения.
Реактивное сопротивление гасящего конденсатора указано в формуле.
Данная схема может найти применение для заряда малогабаритных аккумуляторов радиоприемников, радиостанций и радиотелефонов.
При конструировании и эксплуатации выпрямителя также необходимо соблюдать осторожность!