- •Входные и выходные показатели.
- •3. . Амплитудно-частотная характеристика.
- •2.5.Фазовая характеристика.
- •2.8. Переходная характеристика.
- •4 Нелинейные искажения.
- •2.6. Амплитудная характеристика.
- •12. Стандартная схема операционного усилителя
- •Инвертирующий сумматор
- •Суммирующая схема с масштабными коэффициентами.
- •14 Схема сложения-вычитания.
- •15 Неинвертирующий сумматор.
- •20. Основные понятия
- •24. Схема умножения
- •25.Схема деления
1. Аналоговые электронные устройства (АЭУ) - это устройства усиления и обработки аналоговых электрических сигналов, выполненные на основе электронных приборов.
Аналоговый сигнал представляет собой непрерывную функцию, с неограниченной по количеству значений в различные моменты времени. Наиболее часто встречающимся аналоговым сигналом являются звуки нашей речи, которые на осциллограммах имеют различные, причудливые формы. Аналоговые сигналы изменяются по тому же закону, что и описываемые им физические процессы.
Следует выделить две большие группы по которым можно классифицировать аналоговые электронные устройства:
-усилители - это устройства, которые за счет энергии источника питания формируют новый сигнал, являющийся по форме более или менее точной копией заданного, но превосходит его по току, напряжению или по мощности.
-устройства на основе усилителей - в основном преобразователи электрических сигналов и сопротивлений.
Преобразователи электрических сигналов (активные устройства аналоговой обработки сигналов) - выполняются на базе усилителей, либо путем непосредственного применения последних со специальными цепями обратных связей, либо путем некоторого их видоизменения. Сюда относят устройства суммирования, вычитания, логарифмирования, антилогарифмирования, фильтрации, детектирования, перемножения, деления, сравнения и др. Преобразователи сопротивлений - выполняются на основе усилителей с обратными связями. Они могут преобразовывать величину, тип, характер сопротивления. Используют их в некоторых устройствах обработки сигналов. Особый класс составляют всевозможные генераторы и связанные с ними устройства.
Усилитель электрических колебаний, устройство, предназначенное для усиления электрических (электромагнитных) колебаний в системах многоканальной связи, радиоприёмной, радиопередающей, измерительной и др. аппаратуре. Такое усиление представляет собой процесс управления источником энергии (источником питания У. э. к.) в результате воздействия на него усиливаемых колебаний через усилительный элемент – чаще всего транзистор, электронную лампу, туннельный диод, параметрический диод, вариконд или индуктивности катушку с сердечником из ферромагнитного материала и др.
Усилитель электрических колебаний (структурная схема)
2. Коэффициент усиления.
Известно, что любой четырехполюсник характеризуется комплексным коэффициентом передачи
, (2.3)
который определяется как отношение комплексных амплитуд выходного и входного напряжений или токов. Комплексный коэффициент передачи для усилителей представляет собой функцию от частоты.
Частотную передаточную функцию удобно представлять в форме
(2.4)
где - модуль комплексного коэффициента усиления;
- сдвиг фазы между входным и выходным напряжениями. Зависимость модуля коэффициента усиления от частоты называют амплитудно-частотной характеристикой или просто частотной характеристикой, а - фазочастотной или фазовой характеристикой усилителя.
Коэффициент усиления по напряжению
(2.5)
представляет собой безразмерное отношение комплексных амплитуд или отношение эффективных значений напряжений сигнала на выходе и на входе.
Соответственно представляется комплексный коэффициент усиления по току
(2.6)
Коэффициент усиления по мощности -величина всегда вещественная, так как она связана с модулями коэффициентов усиления напряжения и тока
(2.7)
В связи с тем, что восприятие слуховых органов человека подчиняется логарифмическому закону, безразмерное значение коэффициента усиления на практике часто выражается в децибелах (дБ).
Если мощность возрастает от Pвх до Рвых, то восприятие громкости человеком возрастает на величину
, (2.8)
которую условились выражать в белах (бел равняется 10 дБ). Таким образом, если мощность возрастает в 1000 раз, то логарифмическая величина усиления будет равна 3 Б или 30 дБ:
КpдБ = 10IgKp. (2.9)
Так как мощность пропорциональна квадрату напряжения или тока
, (2.10)
то формулы перехода для коэффициентов усиления по напряжению и по току имеют вид:
КдБ = 20 IgK; КIдБ = 20 IgK. (2.11)
Реже встречаются логарифмические единицы (неперы). Коэффициент усиления в этих единицах
Кнеп = ln К = КдБ/ 8,68 = 0,115 КдБ. (2.12)
Из указанных единиц наиболее распространенной в радиотехнике является децибел. Единица непер используется лишь в технике проводной связи.
Входные и выходные показатели.
Со стороны входа усилитель характеризуется входным сопротивлением Zвх, который имеет в общем случае комплексный характер. Обычно Zвх представляет собой параллельное соединение активной составляющей Rвх и реактивной составляющей, обусловленной входной емкостью Cвх. Таким образом, входная цепь усилителя характеризуется входным напряжением Uвх, входным током Iвх, входным сопротивлением Rвх, а также входной мощностью Pвх.
Выходная цепь усилителя, в которую подключается нагрузка, характеризуется эквивалентной схемой, состоящей из генератора ЭДС и выходного сопротивления Rвых (генератора тока SUвх и выходной проводимости Gвых), а также сопротивлением нагрузки Rн. По этим параметрам легко определить основные выходные данные усилителя: выходное напряжение Uвых усиленного сигнала на нагрузке, выходной ток Iвых и полезную выходную мощность Рвых, отдаваемую усилителем в нагрузку.
Хотя выходное сопротивление и сопротивление нагрузки в общем случае имеют комплексный характер, но в рабочей полосе частот усилителя эти сопротивления можно считать чисто активными Rвых и Rн. При этом условии выходная мощность и напряжение усиленного сигнала на нагрузке определяются выражениями
(2.1)
Выходная мощность, отвечающая заданной норме нелинейных искажений, называется номинальной.
Типовым значением сопротивления нагрузки Rн современных акустических систем является Rн=8 Ом. Высокая верность воспроизведения акустических систем или громкоговорителя может быт только при эффективном демпфировании свободных колебаний подвижной части. Это возможно лишь в случае выполнения условия Rвых<Rн. Поэтому для современных высококачественных усилителей вводят понятие коэффициента демпфирования, определяемого отношением
(2.2)
3. . Амплитудно-частотная характеристика.
Амплитудно-частотная характеристика усилителя есть зависимость модуля коэффициента усиления от частоты , которая показывает неравномерность усиления различных составляющих. В литературе эту характеристику для краткости называют частотной характеристикой.
Более наглядное представление дает графическое изображение (рис.2.4) частотной характеристики , которая строится в полулогарифмическом масштабе. Идеальной характеристикой является прямая, параллельная горизонтальной оси (штриховая линия на рис. 2.4).
Рис.2.4. Амплитудно-частотная характеристика.
На практике из-за влияния реактивных элементов имеет место спад частотной характеристики в области низких и высоких частот.
По частотной характеристике определяют следующие количественные показатели усилителей:
- верхняя fв и нижняя fн граничные частоты, на которых коэффициент усиления Кв=Кн=0,707К0=К0/ , или частоты, на которых указаны другие допустимые частотные искажения;
- полоса пропускания усилителя или диапазон усиливаемых частот
П = fв- fн fв ; (2.13)
- частотные искажения, вызываемые неодинаковым усилением различных частот. Эти искажения оцениваются коэффициентами частотных искажений на нижних и верхних частотах Мн и Мв, определяемых из следующих выражений:
Мн = К0 / Кн, Мв = К0 / Кв. (2.14)
Коэффициенты Мн и Мв обычно задаются в децибелах:
МндБ = 20 lgМн; МвдБ = 20 lgMв. (2.15)
Для высокочастотных стереофонических музыкальных центров коэффициент частотных искажений не превышает 1,2 дБ.