Рассмотреть самостоятельно.

37. УПТ прямого усиления.

Для усиления медленно изменяющихся напряжений или токов необходимы усилители, полоса пропускания которых имеет нулевую нижнюю границу (f_н = 0.

Усилители, обладающие таким свойством, носят название усилителей постоянного тока (УПТ) независимо от того, какая из величин – ток или напряжение усиливается.

Простейшим вариантом УПТ является схема с гальванической межкаскадной связи, в которой напряжение сигнала, усиленное предыдущим каскадом, непосредственно поступает на вход последующего.

Определим соотношение между резисторами R_к и R_э при условии одинакового положения рабочей точки на динамической характеристике.

U_э1 = U_б – U_бэ1;

U_э2 = U_э1 + U_кэ1 – U_бэ2;

U_э3 = U_э2 + U_кэ2 – U_бэ3.

Поскольку U_кэ > U_бэ , то из уравнений следует

U_э3 > U_э2 > U_э1;

R_э3 > R_э2 > R_э1;

R_к3 < R_к2 < R_к1.

Как известно, K_U = R_K/R_Э Поэтому, очевидно, что

K_U1 > K_U2 > K_U3.

Таким образом, коэффициент усиления каждого последующего каскада становится все более низким. Поэтому построение многокаскадного УПТ с высоким коэффициентом усиления представляет собой сложную задачу. Еще более сложная задача - обеспечение высокой стабильности работы усилителя при изменении напряжения питания, режимов работы транзистора, параметров компонентов, температуры.

Нижняя частота АЧХ УПТ равна нулю (из-за отсутствия разделительных конденсаторов). В области высоких частот АЧХ УПТ не отличается от характеристики усилителей с резистивно-емкостной связью.

Основной специфический параметр УПТ - дрейф нуля, который представляет собой изменения выходного напряжения, не связанные с входным напряжением и обусловлен внутренними процессами в усилителе. Различают абсолютный дрейф нуля и дрейф, приведенный к входу усилителя. Последний описывается соотношением:

U_вх.д = U_вых.др /К_U.

Особую роль играет температурный дрейф.

При необходимости получения малого дрейфа нуля применяют другие типы усилителей, в основном:

- дифференциальные (мостовые усилители);

- усилители с модуляцией и демодуляцией (усилители МДМ), в которых постоянное напряжение преобразуется в переменное, усиливается, а затем выпрямляется (демодулируется).

.

38. Дифференциальные усилители. Эквивалентная схема и параметры для дифференциального сигнала.

Дифференциальный усилительный каскад имеет два входа и три выхода (два несимметричных и симметричный).

Для дифференциального усилителя различают два вида входных сигналов: дифференциальный и синфазный.

Для сигнала U_вх1 транзистор VT1 включен по схеме с ОЭ, а транзистор VT2— по схеме с ОБ. Для сигнала U_вх2 транзистор VT1 включен по схеме с ОБ, а транзистор VT2 — по схеме с ОЭ. Для избегания громоздких промежуточных преобразований, воспользуемся искусственными приемами, позволяющими получить интересующие результаты.

Рассмотрим эквивалентную схему для дифференциального сигнала. В этом случае потенциал эмиттеров остается постоянным, поэтому для переменной составляющей от эквипотенциален общей шине усилителя.

Рассмотрим основные параметры .

1Коэффициент усиления напряжения

а) по несимметричным выходам:

K_U1хх=- *R_К /( R_Г +R_ВХ);

K_U2хх=- *R_К /( R_Г +R_ВХ).

б) по симметричным выходу:

K_U12хх=(U_вых1 – U_вых2 ) /(U_вх1 – U_вх2 ) =

= - *R_К /( R_Г +R_ВХ).

2 Входное сопротивление.

R_ВХ = 2*[r_Б + (1+)*r_Э],

для его увеличения в ценпь эмиттера включают резистор.

3 Выходное сопротивление:

R_ВЫХ = 2*R_К.

Оценим влияние сопротивления нагрузки на значение коэффициента усиления, для чего составим упрощенную эквивалентную схему.

Для этой схемы:

K_U12= K_U12хх* K_п;

R_ВЫХ = 2*R_К.

K_п=R_н*/(2*R_к +R_н) .

Проведем преобразования, в результате получим:

K_U12=[ - *R_К /( R_Г +R_ВХ)]*[R_н*/(2*R_к +R_н)]=

= (1/2)*[-*(2*R_К) R_н ]/( R_Г +R_ВХ).

39. Дифференциальные усилители. Эквивалентная схема и параметры для синфазного сигнала.

Дифференциальный усилительный каскад имеет два входа и три выхода (два несимметричных и симметричный).

Для дифференциального усилителя различают два вида входных сигналов: дифференциальный и синфазный.

Для сигнала U_вх1 транзистор VT1 включен по схеме с ОЭ, а транзистор VT2— по схеме с ОБ. Для сигнала U_вх2 транзистор VT1 включен по схеме с ОБ, а транзистор VT2 — по схеме с ОЭ. Для избегания громоздких промежуточных преобразований, воспользуемся искусственными приемами, позволяющими получить интересующие результаты.

При подаче на вход дифференциального каскада синфазного напряжения U_вых1 и U_вых2 изменяются, но в полностью сбалансированном каскаде их разность остается постоянной.

Определим параметры каскада при подаче синфазного сигнала по эквивалентной схеме.

Учтем, что

r_Э <<R_Э; r*_К >>R_К,

тогда

R_ВХ^син = r_Б + 2*(1+)*[R_Э r*_К/2].

Коэффициент усиления напряжения

K_U^син=- *R_К /( R_Г +R_ВХ^син).

Поскольку R_ВХ^син >>R_ВХ, то

K_U^син <<K_U.

Таким образом, дифференциальный каскад усиливает дифференциальный сигнал и ослабляет синфазный. Для количественной оценки усиления дифференциального и ослабления синфазного сигнала применяют коэффициент ослабления синфазного сигнала:

K_ос.син^нес = K_U/ K_U^син ,

он может достигать сотен и единиц тысяч.

Для симметричного выхода

K_ос.син^с >>K_ос.син^нес ,

поскольку синфазный сигнал увеличивает как U_вых1 так и U_вых2 , а из разность остается неизменной.

40. Режимы работы усилительных каскадов. Режим А.

В зависимости от положения рабочей точки и времени протекания тока через активный элемент различают следующие режимы:

1 - A;

2 - B;

3 - C;

4 - D.

Иногда применяют промежуточный режим AB.

Количественно режим работы усилителя характеризуется углом отсечки  – половиной той части периода, в течение которого в выходной цепи транзистора протекает ток нагрузки. Угол отсечки выражают в градусах или радианах.

Рабочую точку выбирают в середине линейного участка входной характеристики. Ток в выходной цепи протекает в течение всего периода, а угол отсечки  равен 180. Транзистор работает в активном режиме на близких к линейным участках характеристик, поэтому искажения усиливаемого сигнала здесь минимальны. КПД такого усилителя низок (теоретически <25%), поэтому такой режим применяют в маломощных каскадах предварительного усиления.

41. Режимы работы усилительных каскадов. Режим B.

В зависимости от положения рабочей точки и времени протекания тока через активный элемент различают следующие режимы:

1 - A;

2 - B;

3 - C;

4 - D.

Иногда применяют промежуточный режим AB.

Количественно режим работы усилителя характеризуется углом отсечки  – половиной той части периода, в течение которого в выходной цепи транзистора протекает ток нагрузки. Угол отсечки выражают в градусах или радианах.

Рабочая точка находится в нулевой точке входной характеристики. Ток нагрузки протекает по коллекторной цепи транзистора только в течение одного полупериода входного сигнала, КПД может достигать 70%. Угол отсечки  равен 90.

Используют в двухтактных усилителях мощности.

Недостаток - большой уровень нелинейных искажений.

42. Режимы работы усилительных каскадов. Режим АB.

В зависимости от положения рабочей точки и времени протекания тока через активный элемент различают следующие режимы:

1 - A;

2 - B;

3 - C;

4 - D.

Иногда применяют промежуточный режим AB.

Количественно режим работы усилителя характеризуется углом отсечки  – половиной той части периода, в течение которого в выходной цепи транзистора протекает ток нагрузки. Угол отсечки выражают в градусах или радианах.

Ток в выходной цепи протекает больше половины периода изменения напряжения входного сигнала.

Этот режим используется для уменьшения нелинейных искажений усиливаемого сигнала, которые возникают из-за нелинейности начальных участков входных вольт-амперных характеристик транзисторов.

При отсутствии входного сигнала в режиме покоя транзистор немного приоткрыт и через него протекает ток, составляющий (10…15)% от максимального тока при заданном входном сигнале. Угол отсечки в этом случае составляет  (120…130).

Используют в двухтактных усилителях мощности с улучшенными характеристиками.

Особенности:

- высокий КПД;

- низкие нелинейные искажения.

43. Режимы работы усилительных каскадов. Режимы C и D.

В зависимости от положения рабочей точки и времени протекания тока через активный элемент различают следующие режимы:

1 - A;

2 - B;

3 - C;

4 - D.

Иногда применяют промежуточный режим AB.

Количественно режим работы усилителя характеризуется углом отсечки  – половиной той части периода, в течение которого в выходной цепи транзистора протекает ток нагрузки. Угол отсечки выражают в градусах или радианах.

Рабочая точка А располагается выше начальной точки передаточной характеристики.

Ток протекает в течение времени, которое меньше половины периода входного сигнала, поэтому угол <90. Больше половины рабочего времени транзистор закрыт, мощность, потребляемая от источника питания, снижается. КПД близок к 100 %.

Из-за больших нелинейных искажений применяют, в основном, в мощных резонансных усилителях (например, радиопередатчиках).

Рабочая точка может находиться в зоне отсечки или в зоне насыщения. В активной зоне рабочая точка находится только в течение короткого промежутка времени, необходимого для перехода её из одной зоны в другую.

Используется в специальных видах усилителей.

44. Особенности усилителей мощности.

Под усилителем мощности понимают такой усилитель, для которого регламентированы нагрузка и мощность в ней.

Особенности усилителей мощности:

1 работают с большими уровнями входных сигналов;

2 являются основными источниками нелинейных и интермодуляционных искажений.

Интермодуляционные искажения возникают при усилении сложных сигналов. Они обусловлены нелинейностями активных компонентов и проявляются в возникновении комбинационных частот, а также а амплитудной модуляции одного сигнала другим.

3 представляют собой главный потребитель энергии;

4 занимают объем, соизмеримый с объемом остальной части усилителя.

45. Классификация усилителей мощности.

Классифицируют по следующим признакам.

1 По режиму работы активного компонента:

а) режим А;

б) режим В;

в) режим АВ.

2 По схеме включения активного элемента:

а) режим А;

б) режим В;

а) режим АВ.

3 По виду связи с нагрузкой:

а) с гальванической связью;

б) с емкостной связью;

а) с трансформаторной связью.

4 По способу формирования выходного сигнала:

а) однотактные;

б) двухтактные.

Наибольшее распространение получили двухтактные выходные каскады с гальванической связью, у которых в течение одного полупериода работает один транзистор, а в течение другого полупериода – второй. Они имеют следующие преимущества:

1 малые габариты вследствие отсутствия громоздких трансформаторов и разделительных конденсаторов;

2 хорошие частотные и амплитудные характеристики;

3 легко могут быть реализованы в интегральном исполнении.

46. Усилитель мощности в режиме А.

47. Усилитель мощности в режиме В.

48. Усилитель мощности в режиме АВ

Коллекторные токи покоя I_кo1 и I_кo2 задаются напряжением смещения, подаваемым на базы транзисторов с сопротивлений R2 и R3, и составляют незначительную часть максимального тока в нагрузке:

I_кo1, I_кo2 = (0,05…0,015) I_кмах,

вследствие этого результирующая характеристика управления двухтактной схемы класса AB принимает линейный вид.

Параметры резисторов R1…R4 выбирают таким образом, чтобы выполнялись условия :

U_R2 =U_бэ01= U_бэ1.отс;

U_R3 =U_бэ02= U_бэ2.отс.

КПД каскадов при таком классе усиления выше, чем для класса А, но меньше, чем в классе В, за счет наличия малого коллекторного тока при отсутствии входного сигнала.

49. Двухкаскадная схема операционного усилителя.

50. Два правила анализа схем включения ОУ.

1) входы идеального ОУ не потребляют ток от цепи источника сигнала (из-за бесконечно большого входного сопротивления);

2) между входами идеального ОУ напряжение управления в любой схеме включения равно нулю (из-за бесконечно большого коэффициента усиления).

51. Основные параметры и характеристики реальных ОУ.

Основные  параметры и характеристики реальных ОУ.

1. Коэффициент усиления напряжения ( K_УU ) - отношение выходного напряжения интегральной микросхемы к входному напряжению.

2. Напряжение смещения нуля ( U_см ) - постоянное напряжение, которое должно быть приложено ко входу интегральной микросхемы, чтобы выходное напряжение было равно нулю или другому заданному значению.

3. Входной ток ( I_вх ) - ток, протекающий во входной цепи интегральной микросхемы в заданном режиме.

4. Разность входных токов ( I_вх ) - разность значений токов, протекающих через дифференциальный вход интегральной микросхемы в заданном режиме.

5. Входное сопротивление ( R_вх ) - отношение приращения входного напряжения интегральной микросхемы к приращению активной составляющей входного тока при заданной частоте сигнала.

6. Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений ( K_ос.сф ) - отношение коэффициента усиления напряжения интегральной микросхемы к коэффициенту усиления синфазных входных напряжений.

7. Дрейф  выходного тока (I_вых.t) - наибольшее значение относительного изменения выходного тока интегральной микросхемы в течение заданного интервала времени при отсутствии других дестабилизирующих факторов.

8. Напряжение шума ( U_ш ) - напряжение на выходе интегральной микросхемы в заданной полосе частот при входном напряжении равном нулю.

9. Коэффициент влияния нестабильности источников питания на напряжение смещения нуля ( K_вл.н.и ) - отношение приращения напряжения смещения нуля интегральной микросхемы к вызвавшему его приращению напряжения источника питания.

10. Выходное сопротивление (R_вых.) - отношение приращения выходного напряжения интегральной микросхемы к вызвавшему его приращению активной составляющей выходного тока при заданной частоте сигнала.

11. Максимальное выходное напряжение(U_вых.max) -выходное напряжение интегральной микросхемы при заданном сопротивлении нагрузки и напряжении входного сигнала, когда его приращение не вызывает приращения выходного напряжения.

12. Максимальный выходной ток(I_вых.max) - наибольшее значение выходного тока интегральной микросхемы, при котором заданные параметры соответствуют заданным значениям.

13. Частота единичного усиления (f₁) - частота, на которой модуль коэффициента усиления напряжения интегральной  микросхемы  при разомкнутой цепи обратной связи равен единице.

14. Максимальная скорость нарастания выходного напряжения ( V_{U вых} ) - отношение изменения выходного напряжения с уровня 0,1 до уровня 0,9 к времени его нарастания при воздействии на вход интегральной микросхемы импульса напряжения прямоугольной формы максимального входного напряжения.

15. Время успокоения выходного напряжения(T_успU) - время с момента достижения входным импульсом прямоугольной формы уровня 0,5 до момента последнего пересечения выходным напряжением интегральной микросхемы напряжения  заданной величины.

16. Амплитудно-частотная характеристика - зависимость модуля коэффициента усиления от частоты входного сигнала.

17. Фазо-частотная характеристика - зависимость угла сдвига фазы между выходным и входным напряжением от частоты.

52. Инвертирующее включение ОУ.

53. Неинвертирующее включение ОУ.

54. Дифференциальное включение ОУ.

55. Интегратор на ОУ.

56. Дифференциатор на ОУ.

57. Инвертирующий усилителей с частотно-зависимым коэффициентом усиления. 1-й, 2-й и 3-й варианты.

58. Инвертирующий усилителей с частотно-зависимым коэффициентом усиления. 1-й, 4-й и 5-й варианты.

59. Неинвертирующий усилителей с частотно-зависимым коэффициентом усиления. 1-й, 2-й и 3-й варианты.

60. Неинвертирующий усилителей с частотно-зависимым коэффициентом усиления. 1-й, 4-й и 5-й варианты.