Параметрический стабилизатор напряжения.
Параметрические стабилизаторы напряжения изготавливаются, как правило, с применением транзисторов, стабисторов истабилитронов.
Данное устройство характеризуется невысоким КПД, вследствие чего используются в качестве модулей слаботочных схем, в которых имеются нагрузки не выше пары десятков миллиампер. Чаще всего они распространены в компенсационных стабилизирующих устройствах в роли опорных источников напряжения.
Параметрические стабилизаторы напряжения подразделяются на мостовые, однокаскадные и многокаскадные.
Принцип работы параметрических стабилизаторов напряжения
Представляем схему простого устройства данного типа, в основе которого находится стабилитрон:
Iст - электроток через стабилитрон
Iн - электроток нагрузки
Uвых=Uст - стабилизированное напряжение на выходе
Uвх - нестабилизированное напряжение на входе
R0 - балластный (гасящий, ограничивающий) резистор
Основным свойством стабилитрона, на базе которого функционирует параметрический стабилизатор напряжения, является то, что U на нем в рабочем диапазоне вольт-амперной характеристики (от Iст min до Iст max) остается практически прежним. При этом изменения происходят от Uст min до Uст max, однако при этом принято подразумевать, что Uст min = Uст max = Uст).
Составленная схема параметрического стабилизатора напряжения дает понять, что коррекция тока нагрузки либо входного U не происходит (он сохраняет те же значения, что и на стабилитроне). Но при этом происходят изменения тока, проходящего через стабилитрон, а при изменении напряжения на входе выполняется корректировка тока, двигающегося по балластному резистору. В результате в балластном резисторе происходит гашение излишков напряжения на входе. Значение этого падения зависят от проходящего через него тока, который, в свою очередь, взаимосвязан с электротоком через стабилитрон. В силу этого любая коррекция электротока через стабилитрон напрямую отражается на величине падения U, отмечаемой в балластном резисторе.
Для описания принципа данной схемы используется уравнение:
Uвх=Uст+IR0,
где с учетом I=Iст+Iн, получается, что
Uвх=Uст+(Iн+Iст)R0
Электронные усилители
Усилителем называется устройство, предназначенное для усиления мощности входного сигнала. Усиление происходит с помощью активных элементов - транзисторов операционных усилителей, за счет потребления энергии от источника питания. Такие усилители принято называть полупроводниковыми. В любом усилителе входной сигнал управляет передачей энергии источника питания в нагрузку.
Принцип действия усилительного каскада рассмотрим с помощью схемы, приведенной на рис. 1.
Основой усилителя являются два элемента: резистор R и управляемый активный элемент (АЭ) – транзистор, сопротивление которого изменяется под действием входного сигнала Uвх. За счет изменения сопротивления АЭ изменяется ток, протекающий от источника питания с напряжением Eпв цепи резистора R и АЭ. В результате будут меняться падение напряжения на резисторе, а следовательно, и выходное напряжение Uвых.
Таким образом процесс усиления основан на преобразовании энергии источника питания Eп в энергию выходного напряжения.
Рис. 2.1 Схема усилительного каскада.
По роду усиливаемой величины различают усилители напряжения, тока и мощности. Усилительные каскады подразделяют по соотношению величин Rвх и Rr.
Если в усилителе Rвх >> Rr, то он является усилителем напряжения.
В усилителе тока Rвх << Rr, т.е. имеет место токовый вход.
В усилителе мощности вход согласован с источником входного сигнала, т.е. Rвх = Rr.
По соотношению между величинами Rвых и Rн усилители тока можно разделить на усилители напряжения (Rвых << Rн), усилители тока с токовым выходом (Rвых >> Rн) и мощности, которые работают на согласованную нагрузку (Rвых = Rн).
Как правило, усилитель состоит из нескольких усилительных каскадов (рис.2.3). Первый каскад называется входным, а последний – выходным, или оконечным. Входной каскад осуществляет согласование усилителя с источником входного сигнала, поэтому усилитель напряжения должен иметь большое входное сопротивление. Кроме того, крайне желательно, чтобы входной каскад имел минимальный коэффициент шума.
Рис. 2.3 Структурная схема усилителя
Соединение каскадов между собой в многокаскадном усилителе может быть осуществлено различными способами. Один из широко распространенных способов для усилителей переменного тока или напряжения реализуется с помощью разделительных емкостей. Такой усилитель называется усилителем с емкостной связью. Схема каскада с такими связями приведена на рис. 2.4.
Рис. 2.4 Каскад с ёмкостными связями.
Для усилителей постоянного тока используется непосредственная (гальваническая) связь. Отметим, что непосредственная связь между каскадами широко представлена в интегральных схемах Одними из основных параметров усилителя является коэффициент усиления.
Различают три коэффициента усиления: