3. Разработать схему, реализующую заданную функцию

Билет №6

1. В чем проявляются нелинейные и частотные искажения усилителя? ( графики сдх и к(f)).

На (рис.1.1) в т.А при U_вх = 0 присутствует напряжение на выходе усилителя U_выхmin = U_помех. В точке B на входе U_вхmin, когда входной сигнал можно различить на фоне помех. На участке ВС имеет место линейное усиление, то есть форма сигнала не меняется. В точке С начинается нелинейное усиление, U_выхmax ограничивается заданным уровнем нелинейных искажений.

Рисунок 1.1 –Амплитудная характеристика усилителя при f = const

Амплитудная характеристика дает возможность оценить предельное значение амплитуды входного сигнала, соответствующее границе линейного усиления. По этой характеристике определяется динамический диапазон усилителя D

D_дБ = 20 lg(U_вхmax /U_вхmin).

На участке CD нелинейные искажения возникают за счет нелинейности характеристик транзистора и проявляются в искажении формы сигнала, которые оцениваются коэффициентом нелинейных искажений К_н или клирфактором

где U₂, U₃ – высшие гармоники, U₁ – первая гармоника (полезная). В спектре выходного сигнала появляются новые высшие гармоники, которые искажают сигнал.

Усилитель передает на выход не только усиленный полезный сигнал, но и нежелательные колебания, возникающие внутри него, и поэтому называются собственными помехами. Основными из них являются фон, наводки, тепловые шумы резисторов и элементов с активными потерями, шумы усилительных элементов.

Амплитудно-частотная характеристика – это зависимость коэффициента усиления сигнала К от частоты f (рис.1.2,а).

Рисунок 1.2 – АЧХ (а) и ФЧХ (б) усилителя

По АЧХ определяются:

а) полоса пропускания ∆f = f_в - f_н;

б) f_н и f_в – нижняя и верхняя граничные частоты усиления;

в) М_f – коэффициент частотных искажений на заданной частоте f

Частотные искажения являются линейными, т.е. форма сигнала не меняется, не добавляются спектральные составляющие, только падает коэффициент усиления на нижних и верхних частотах. Они обусловлены наличием реактивных элементов и инерционными свойствами усилителя.

2. По заданному динамическому диапазону усилителя определить границы входного сигнала. D = 60 дБ, U_вхmax = 1 В. U_вхmin = ?

Динамическим диапазоном входного сигнала усилителя D_вх называют отношение U_вх.max (при заданном уровне нелинейных искажений) к U_вх.min (при заданном отношении сигнал/шум на входе):

D_вх = U_вх.max/U_вх.min

D_вх,dB = 20lgD_вх

U_вх.min= U_вх.max/ D_вх=1/60=0.017В

Билет № 8 В режиме B усилительный элемент способен воспроизводить либо только положительные (лампы, npn-транзисторы), либо только отрицательные (pnp-транзисторы) входные сигналы. При усилении гармонических сигналов угол проводимости равен 180° или незначительно превосходит эту величину.

Предельный КПД идеального каскада в режиме B на синусоидальном сигнале равен 78,5 %^[15], реального транзисторного каскада — примерно 72 %. Эти показатели достигаются только тогда, когда выходная мощность P равна максимально возможной мощности для данного сопротивления нагрузки P_макс(R_н). С уменьшением выходной мощности КПД падает, а абсолютные потери энергии в усилителе возрастают. При выходной мощности, равной 1/3 P_макс(R_н), потери реального транзисторного каскада достигают абсолютного максимума в 46 % от P_макс(R_н), а КПД каскада уменьшается до 40 %. С дальнейшим уменьшением выходной мощности абсолютные потери энергии уменьшаются, но КПД продолжает снижаться^[16].

Чтобы воспроизвести одну полуволну входного сигнала без искажений в области перехода через ноль, усилитель должен оставаться линейным при нулевом напряжении на входе — поэтому в усилительных элементах в режиме B всегда устанавливается небольшой, но не нулевой, ток покоя. В ламповых усилителях мощности в режиме B ток покоя составляет 5…15 % от максимального выходного тока, в транзисторных усилителях — 10…100 мА на каждый транзистор^[17][18]. Все эти усилители двухтактные: одно плечо усилителя воспроизводит положительную полуволну, другое — отрицательную. На выходе обе полуволны складываются, формируя минимально искажённую усиленную копию входного сигнала. 

2)

Dвх=Uвх.max/Uвх.min 

D=120 ;Uвх max=10

Uвх min=83.333*

Билет № 9

1.

Класс «AB» — некий компромисс между качеством сигнала и мощностными параметрами: за счёт начального смещения уменьшаются переходные искажения сигнала («стыковка» ближе к идеальной), но теряется экономичность и возникает опасность сквозного тока, потому, что транзистор (лампа) противоположного плеча полностью не закрывается. Но класс AB — компромиссное решение и всех устраивает по соотношению цена/качество. Режим AB является промежуточным между режимами A и B. Ток покоя усилителя в режиме AB существенно больше, чем в режиме B, но существенно меньше, чем ток, необходимый для режима А. При усилении гармонических сигналов усилительный элемент проводит ток в течение бо́льше части периода: одна полуволна входного сигнала (положительная или отрицательная) воспроизводится без искажений, вторая сильно искажается. Угол проводимости 2Θc такого каскада существенно больше 180°, но меньше 360°. 2.Сделайте по онологии.

Б илет№10

1. Класс усиления С

В этом режиме начальная рабочая точка выбирается левее начала СДХ на оси абсцисс. При отсутствии входного сигнала ток коллектора равен нулю. Угол отсечки коллекторного тока  < 90. Усиливается только небольшая часть синусоиды. К.п.д. высокий η ≈ 0,9, но и высок К_н (коэффициент нелинейных искажений).

Применяется класс С в LC – генераторах. Резонансный контур в коллекторной цепи настраивается на заданную частоту и из широкого спектра частот, который имеет срезанная синусоида, выделяется нужная.

2. По заданному коэффициенту частотных искажений М_f усилителя и коэффициенту усиления K_o на средней частоте f_o определить коэффициент усиления на границах частотного диапазона. М_f = 1,01-1,6; K_o = 84. К_в = К_н - ?

Кв= 84/1.01-1.6=52.5

Билет №11

1.класс «D» — режим работы двухтактного каскада, в котором каждый активный прибор работает в ключевом режиме. Управляющая схема преобразует входной аналоговый сигнал в последовательность импульсов промодулированных по ширине (ШИМ), управляющих мощными выходными ключами. Выходной LC-фильтр, включенный между ключами и нагрузкой, демодулирует импульсы выходного тока.Режиму D свойствены— наименьшие потери при удовлетворительной линейности. Достоинства — очень высокая экономичность, недостатки — ВЧ импульсные помехи, которые необходимо подавлять. В зависимости от сопротивления нагрузки, КПД усилителей этого типа может достигать 90%-95%.

2.

Билет № 12

1. Определение и виды ОС (схема).

2. Процесс передачи сигналов в усилительных трактах в направлении, обратном основному, т. е. с выхода на вход, называется обратной связью (ОС), а цепь, по которой осуществляется эта передача, – цепью обратной связи (рис. 2.5).

3. 

4. Рисунок 2.5 – Структурная схема усилителя с обратными связями

5. где К – коэффициент усиления усилителя; γ_ос – коэффициент передачи звена обратной связи.

6. Различают обратные связи:

7. – внутреннюю – обусловлена физическими свойствами и конструкцией активного элемента;

8. – внешнюю – вводятся специальные цепи обратной связи;

9. – паразитную – возникает помимо желания разработчика

Это индуктивная, емкостная и гальваническая связь между цепями, создающая пути для обратной передачи энергии. Её стараются устранять введением специальных схем. Цепь ОС с частью схемы усилителя, которую она охватывает и образует замкнутый контур, называется петлей ОС. В зависимости от количества петель ОС различают однопетлевую и многопетлевую ОС. Петли ОС могут быть независимыми, а также частично или полностью входить одна в другую. Если петля ОС охватывает часть усилителя или один каскад, то ОС называют местной Обратная связь, которая охватывает все каскады усиления или пару каскадов, называется общей ОС. Введение ОС в усилитель позволяет создавать усилители с необходимыми свойствами, а также новые классы электронных схем с разными функциями.

ОС к входу и выходу подключается разными способами.

От способа снятия ОС с выхода различают:

- ОС по току и напряжению.

Если ОС снимается с R_н или с RIIR_н и U_ос изменяется пропорционально выходному напряжению, то это ОС по напряжению. Если ОС снимается с сопротивления, последовательного R_н и изменение напряжения обратной связи пропорционально изменению тока, то это ОС по току. От способа подачи сигнала ОС на вход усилителя различают на:

- параллельную и последовательную.

Параллельная ОС имеет место, если напряжение ОС подается на вход усилителя параллельно источнику сигнала Е_с. Если ОС подключается к входу усилителя последовательно с источником сигнала Е_с, то имеется последовательная ОС.

2. По заданному коэффициенту частотных искажений М_f усилителя и коэффициенту усиления K_o на средней частоте f_o определить коэффициент усиления на границах частотного диапазона. М_f = 1,15–1,6; K_o = 23; К_в = К_н - ?

Кв= 23/1.6=14,4

Билет №13

1. Представим схему усилителя с ОЭ (рис.4.1).

Рисунок 4.1 – Схема усилителя с ОЭ

Обычно источник питания E_к выбирается так, чтобы падение напряжения на нем от переменной составляющей было намного меньше, чем падение напряжения на остальных элементах усилителя. Тогда внутренним сопротивлением E_к можно пренебречь. Сопротивление делителя напряжения равно

Транзистор можно представить в виде его эквивалентной схемы. В схеме транзистора пренебрегаем:

а) диффузионной емкостью эмиттерного перехода С_бэ, т. к. его емкостное сопротивление намного больше, чем r_э – дифференциальное сопротивление ЭП

б) R_э, С_э – сопротивлением и емкостью в эмиттерной цепи.

Барьерная емкость коллекторного перехода увеличивается, а дифференциальное сопротивление уменьшается по сравнению со схемой с ОБ

Учитывая вышесказанное и, что , получаем эквивалентную схему усилителя (рис. 4.2) для всего диапазона частот.

Рисунок 4.2 – Эквивалентная схема усилителя с ОЭ для всего диапазона частот

2. Kuoc = Ku / (1 – Ku * γ) = 10/ (1 + 10 * 0.4) = 2

Билет №18

1.

Эквивалентная схема УНЧ с ОЭ для высоких частот

Коэффициент усиления на верхних частотах

где из-за зависимости коэффициента передачи тока β от частоты ω.

В общем виде коэффициент усиления

2. Инвентирующий ОУ.

Vin=?

Vout=-0.5v

Rf=10kOm

Rin=1kOm

Vin=-Vout*Rin/Rf= -(-0.5*1/10)=0.05v

3.

ln

Х

Uin R R Uout

корень

Билет № 19

Вопрос № 1

Э миттерный повторитель

И меет место 100% отрицательная обратная связь

Эмиттерный повторитель - частный случай повторителей напряжения. То есть выходное напряжение "повторяет" входное. Существует множество различных повторителей, но в электронике применяют в основном два: транзисторные (эмиттерный и истоковый) повторители и на операционном усилителе (с коэффициентом усиления около 1)

Вопрос № 2. По заданным параметрам схемы инвертирующего ОУ определить значения выходного напряжения. R_oc = 10кОм, R₁ = 1 кОм, U_вх = 100 мВ. U_вых - ? Ku=-Roc/R1=-10000/1000=-10; Ku=-Uвых/Uвх => Uвых=10*10мВ=1мВ.

Билет №37

1. 

Триггер Шмита а) неинвентирующий

б) инвентирующий

2. Q=2=> T=2t=2*ln2*RC

R=100kOm

C=20нФ

γос=0.462

Т=2*0.693*2/1000=0,00277

3. 

5R

X

X

X

U1

SUM

U2

Uout

Билет №20

1) Какой основной недостаток в схеме УМ и метод его устранения?

Недостаток схемы в том, что она имеет высокий коэффициент нелинейных искажений К_н. На (рис.5.5) приведена совмещенная передаточная характеристика I_э = f (U_б).

Рисунок 5.5 – Совмещенная переходная характеристика усилителя

Длительность положительной и отрицательной полуволн на выходе меньше полупериода сигнала (часть синусоиды не усиливается). Выходной ток I_э носит импульсный характер, т.е. имеет большое число высших гармоник в своем спектре. Это особенно существенно при малых U_вх, соизмеримых с U*.