2.Усилители. Основные понятия и определения.Хар-ки усилителей.

Усилитель — элемент системы управления (или регистрации и контроля), предназначенный для усиления входного сигнала до уровня, достаточного для срабатывания исполнительного механизма (или регистрирующих элементов), за счёт энергии вспомогательного источника, или за счёт уменьшения других характеристик входного сигнала (под термином «сигнал» здесь и далее понимается любое явление (или процесс), характеристики которого необходимо увеличить)

Свойства каждого усилителя могут быть оценены такими основными характеристиками как: – коэффициент усиления,

– полоса пропускания,

– диапазон частот входного сигнала,

– выходная мощность,

– коэффициент полезного действия,

– чувствительность,

– динамический диапазон,

– собственные помехи,

– искажения.

Коэффициент усиления усилителя может быть по напряжению KU, по току KI и по мощности KР.

Определение.Коэффициент усиления напряжения (тока) – модуль передаточной функции усилителя, отделяемый отношением напряжения (тока) на сопротивление нагрузки усилителя к напряжению (току) на входе усилителя

Определение. Коэффициент усиления мощности усилителя – отношения мощности, развиваемой на сопротивлении нагрузки усилителя к мощности, получаемой усилителем от источника входного сигнала

Определение.Полосой пропускания усилителя (Δ fП) называется полоса частот, на границе которой коэффициент усиления напряжения (тока) уменьшается по отношению к наибольшей величине в установленное число раз.

Диапазон частот входного сигнала является характеристикой апериодических усилителей. Иногда эта характеристика называется полосой пропускания апериодического усилителя.Диапазон частот зависит от назначения усилителя и определяется крайними частотами спектра сигнала fН (нижней частотой) и fВ (верхней частотой), между которыми коэффициент усиления не опускается ниже допустимых значений.

Коэффициент полезного действия (КПД) усилителя равен отношению полезной мощности РП,отдаваемой усилителем в нагрузку, к подводимой к нему суммарной мощности   от источника питания

Выходная мощность является характеристикой апериодических усилителей. Выходная мощность характеризуется мощностью полезного сигнала, развиваемой на сопротивлении нагрузки. Величина выходной мощности определяется назначением усилителя.

Чувствительность усилителя – минимальные напряжения, ток или мощность на входе электронного усилителя, при которых обеспечивается заданное превышение полезного сигнала над шумами усилителя и заданные напряжение, ток или мощность в нагрузке усилителя. Для определения чувствительности при заданной выходной мощности РВЫХ необходимо сначала найти UВЫХ

 Характеристики усилителя отражают зависимости одной физической величины от другой. К характеристикам УУ относятся: амплитудно-фазовая (годограф), амплитудно-частотная (АЧХ), логарифмическая амплитудно-частотная (ЛАЧХ), фазо-частотная (ФЧХ) , динамическая. Кроме этого, шумовые свойства УУ характеризуются спектральной плотностью шумового сигнала и зависимостью среднеквадратичного уровня шума от частоты.

3.Ключи на биполярных транз.Анализ работы ключа в статич и динамич режимах

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный).

Транзисторный ключ — это схема, предназначенная для коммутации цепи нагрузки транзистора при воздействии на не­го внешних управляющих сигналов.

Транзисторный ключ может находиться в двух стацио­нарных состояниях: разомкнутом, когда транзистор заперт и работает в режиме отсечки тока, и замкнутом, когда транзи­стор открыт и работает либо в режиме насыщения, либо в ак­тивном режиме. Обычно (особенно при больших токах нагруз­ки) используют насыщенный транзисторный ключ, так как в режиме насыщения на биполярном транзисторе рассеивается меньшая мощность, чем в активном режиме. В насыщенном транзисторном ключе активный режим является переходным от одного стационарного состояния ключа в другое и опреде­ляет его быстродействие.

Статическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором изменение входного тока или напряжения не вызывает изменение выходного напряжения. Статические характеристики каскада, включённого по схеме с ОБ, измеряются по общей схеме, изображённой на рис. 1.8.

 

 

Рис. 1.8. Схема измерений статических параметров транзистора с ОБ

 

Статические характеристики транзисторов бывают двух видов: входные и выходные.

Входные характеристики – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении. Для схемы с общей базой

IЭ = f (UБЭ) при UБК = const.

Входные характеристики представляют собой прямую ветвь открытого p-n перехода. При увеличении выходного напряжения UКЭ носители заряда быстрее пролетают базу, рекомбинируют, следовательно, и ток базы уменьшается. Поэтому характеристика при UКЭ > 0 будет проходить ниже.

Резистором R1 изменяется напряжение база-эмиттер, а резистором R2 поддерживается постоянным UБК. Обычно входные характеристики измеряются при двух значениях постоянного напряжения UБК (рис. 1.9, а).

Выходная характеристика – это зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе. Для схемы включения с общей базой

IК = f (UБК) при IЭ = const.

Из рис. 1.9, б видно, что выходные характеристики представляют собой прямые линии, почти параллельные оси напряжения.

Это объясняется тем, что коллекторный переход закрыт независимо от величины напряжения база-коллектор, и ток коллектора определяется только количеством носителей заряда, проходящих из эмиттера через базу в коллектор, т. е. током эмиттера.

 

 

Рис. 1.9. Статические характеристики транзистора с ОБ: а – входные; б – выходные

Динамическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором в выходной цепи стоит нагрузочный резистор, за счёт которого изменение входного тока или напряжения будет вызывать изменение выходного напряжения.

На рис. 1.12 резистор RК – это коллекторная нагрузка для транзистора, включённого по схеме с ОЭ, обеспечивающая динамический режим работы.

EК = URК + UКЭ;

URК = IКRК;

EК = UКЭ + IКRК;

UКЭ = EК – IКRК,

где последнее выражение – это уравнение динамического режима работы транзистора.

Уравнение динамического режима является уравнением выходной динамической характеристики. Так как это уравнение линейное, выходная динамическая характеристика представляет собой прямую линию и строится на выходных статических характеристиках