
- •1 Аналоговая схемотехника
- •1.1 Усилители и их параметры
- •1.1.1 Принцип работы усилительного каскада
- •1.2 Усилители на полупроводниковых компонентах
- •1.2.1 Усилительный каскад по схеме ои
- •1.2.2 Дифференциальный усилительный каскад
- •1.3 Операционные усилители, их параметры и базовые схемы
- •1.4 Усилители с обратной связью
- •1.5 Генераторы гармонических сигналов
- •1.6 Компаратор, триггер Шмита
- •1.7 Генераторы импульсных сигналов
- •2 Дискретная схемотехника
- •2.1 Логические элементы
- •2.2 Синтез комбинационных логических цепей
- •2.3 Последовательностные устройства
- •2.3.1 Триггеры
- •2.4 Шифраторы, дешифраторы и преобразователи кодов
- •2.5 Регистры
- •2.6 Мультиплексоры и селекторы
- •2.7 Счётчики импульсов
- •2.8 Сумматоры
- •3 Функциональные преобразователи. Микропроцессоры
- •3.1 Понятие аналого-цифрового преобразования
- •3.1.1 Классификация ацп
- •3.2 Понятие цифро-аналогового преобразования
- •3.3 Микропроцессоры
- •3.3.1 Микропроцессор 8080 (к580вм80)
- •3.3.2 Современные микропроцессоры
- •4 Понятие измерения
- •4.1 Измерения как способ получения количественной информации
- •4.1.1 Виды измерений
- •4.1.2 Погрешности измерений
- •4.1.3 Вероятностные оценки погрешности измерения
- •4.1.4 Средства измерений
- •Библиографический список
- •Содержание
- •1 Аналоговая схемотехника ……...................……………………………..……………. 3
- •1.1 Усилители и их параметры ...…...............................…………………..…...…. .3
1.1.1 Принцип работы усилительного каскада
Суть работы усилителя отражается рисунком 1.7 [2]. Функцию управляемого элемента (УЭ) может выполнять транзистор, электронно-вакуумная лампа или другой активный элемент. Выходная цепь каскада образована сопротивлением R и запитана от блока питания с напряжением Е. Выходной сигнал выделяется на сопротивлении R при протекании выходного тока i вследствие изменения внутреннего сопротивления УЭ. То есть изменение тока i в выходной цепи происходит под воздействием входного напряжения.
Процесс усиления основан на преобразовании энергии источника постоянного напряжения Е в энергию переменного напряжения в выходной цепи за счет изменения сопротивления УЭ по закону, задаваемому входным сигналом. Ток i в выходной цепи однонаправленный, так как для питания используется источник напряжения постоянного тока.
Рисунок 1.7 – Функциональное содержание усилительного каскада
Переменные ток и напряжение следует рассматривать как переменные составляющие тока и напряжения, накладывающиеся на постоянные составляющие тока, напряжения, рисунок 1.8.
Рисунок 1.8 – Постоянная и переменная составляющие выходного сигнала
Амплитудные значения переменных составляющих не должны превышать величин постоянных составляющих: Iп ³ Im; Uп ³ Um. Иначе будет искажение формы входного сигнала. Для обеспечения работы усилительного каскада при переменном сигнале на входе, в его выходной цепи должны быть созданы постоянные составляющие IП; UП. Так обеспечивается режим по постоянному току (режим покоя). Чтобы задать IП, UП в выходной цепи, во входной цепи задают UВХП (или IВХП), например, с помощью резистивного делителя напряжения.
1.2 Усилители на полупроводниковых компонентах
Схемы усилителей указанных типов включения БПТ и ПТ имеют схожий рисунок электрической принципиальной схемы, но отличаются по способу задания режима по постоянному току. Основной вариант схемы усилителя на БПТ с ОЭ приведён на рисунке 1.9.
В выходной цепи протекает ток, управляемый током базы. Переменная составляющая выходного тока протекает через компоненты: блок питания – управляемый элемент (транзистор) – параллельно соединённые по переменному току сопротивления Rk и RН.
На выходе каскада создается усиленное напряжение. Остальные элементы схемы играют вспомогательную роль.
СР1 – разделительный конденсатор, который исключает шунтирование входной цепи каскада источником входного сигнала по постоянному току. СР2 – разделительный конденсатор, который пропускает в нагрузку только переменную составляющую выходного напряжения. Без этих конденсаторов был бы нарушен режим БПТ транзистора по постоянному току.
Сопротивления R1 и R2 необходимы для задания режима покоя. IКП – задается током базы покоя IБП, который протекает через сопротивление R1. Совместно эти два резистора обеспечивают исходное напряжение покоя на базе UБП – под его воздействием течет ток IБП.
Сопротивление RЭ – это сопротивление отрицательной обратной связи (ООС), за счёт которой стабилизируется режим покоя каскада в диапазоне температур. СЭ шунтирует RЭ по переменному току, устраняя ООС по переменному току, которая привела бы к уменьшению коэффициента усиления каскада.
Термин ОЭ в данной схеме означает, что вывод эмиттера БПТ по переменному току является общим для входной и выходной цепей каскада.
Рисунок 1.9 – Основная схема усилителя с ОЭ
Для режима по постоянному току характерно:
UКЭП = EК – IКПRК – IЭПRЭ = EК – IКПRК - IКПRЭ/a . (1.4)
Так как a®1, то UКЭП = EК – IКП (RК + RЭ), – это графическое уравнение прямой, или линии нагрузки каскада по постоянному току. Нагрузочная прямая по постоянному току проводится по двум точкам: первая точка – для режима холостого хода: IКП = 0; вторая точка – для режима короткого замыкания по выходу: UКЭП = 0, IКП = EК / (RК + RЭ). IБП выбирается по входной характеристике: IБ = f(UЭБ).
Для определения переменных составляющих используют линию нагрузки по переменному току RН~: так как RЭ||XСЭ » 0, RН~ = RК||RН, CР2 » 0; внутреннее сопротивления источника питания Ri (Ek) = 0, отсюда: RН~ = RК||RН; RН_= RК +RН .Так как ток коллектора – это сумма переменных и постоянных составляющих, то обе нагрузочные прямые проходят через точку покоя. При воздействии на базу входного сигнала рабочая точка от точки покоя перемещается по прямой RН~, отражая изменение мгновенных значений тока коллектора iК(t). Амплитуда выходного тока определяется: IКm = UВЫХm/RН~; RК » (3¸5)RН..
Ток базы в рабочей точке можно определить как IБП = (IКП–IКО(Э))/b, а по входным характеристикам определяется UБЭП. Следует помнить, что b = a/(1–a). Для термостабилизации режима по постоянному току выбирают UЭП » (0,1¸0,3)EК .
Типичное значение тока резистивного делителя в цепи базы соответствует: IД = (2¸5)IБП. Отсюда:
R2 = UБП/IД = (UЭП + UБЭП)/IД; R1 = (EК – UБП)/(IД + IБП) . (1.5)
Выбор транзистора производят с учётом следующих факторов:
а) с учетом частотного диапазона по граничной частоте усиления по току (fa для схемы с ОБ или fb для схемы с ОЭ). Для схемы с ОЭ: fb >> fверх.рабоч.; следует помнить, что fb = fa/(1 + b);
б) с учетом максимально допустимого коллекторного тока IКmax:
IКДОП > IКmax = IКП + IКm ; (1.6)
в) по максимально допустимому коллекторному напряжению: UКЭ(доп) > UК ;
д) по мощности, рассеиваемой на коллекторе: PК = UКПIКП < PКдоп.