Елементи електричних кіл можуть бути лінійними та нелінійними, зосередженими і
 Скачать 40.81 Mb.
|
|
Характеристичні параметри чотириполюсника Z C1 , Z C2 – характеристичні опори g=A+jB – характеристична стала передачі A – коефіцієнт згасання, B – коефіцієнт бази. Характеристичними опорами називається така пара опорів, яка має властивість: при навантаженні на вхідні затискачі С вхідний опір буде дорівнювати Z С1 при підключенні на первинні затискачі С, вихідний опір дорівнюватиме Z С2 Між характеристичними опорами і опорами НХ і КЗ існує такий зв’язок: стала передачі: 14. Зворотні зв’язки в підсилювачі. Види, параметри. Крім каналу прямого проходження сигналу (основне коло) підсилювальний каскад може мати кола, по яких частина енергії корисного сигналу передається з виходу каскаду на його вхід або на вхід одного з попередніх каскадів у випадку багатокаскадного підсилювача. При цьому в підсилювачі діє зворотний зв'язок. Кола, по яких подається сигнал зворотного зв'язку, називають колами зворотного зв'язку. Замкнутий контур, утворений під'єднанням до підсилювача кола зворотного зв'язку, називають петлею зворотного зв'язку. Роз- різняють однопетльовітабагатопетльовізворотні зв'язки. В останній схемі можна виділити загальну петлю зворотного зв'язку °Кп, — β 1 , яка включає в себе весь підсилювач з коефіцієнтом підсилення °Кп, і місцеву петлю зворотного зв'язку °Кп 2 — β 2 , яка охоплює окремий підсилювальний каскад. Якщо напруга зворотного зв'язку°Uзв пропорційна напрузі на споживачі підсилювача, то маємозворотний зв'язок за напругою, ау випадку пропорційності °Uзв струму Івих—зворотний зв'язок за струмом. Крім того, можливий змішаний зворотний зв'язок. За способом передавання енергії через коло зворотного зв'язку у вхідне коло підсилювача розрізняютьпослідовний зворотний зв'язок, коли напруга подається послідовно з напругою вхідного сигналу підсилювача, і паралельний. Основним показником кола зворотного зв'язку за напругою є коефіцієнт передачі ° ߚ. Він показує, яка частина напруги з виходу підсилювача передається на його вхід: β= Uзв/Uвих Дія зворотного зв'язку проявляється в зміні величини вхідного сигналу підсилювача U c =U вх +U зв =U вх +βU вих ЯкщоK п =U вих /U с - коефіцієнт підсилення без зворотного зв'язку, а K п =U вих /U вх - коефіцієнт підсилення із зворотним зв'язком, то напругана виході схеми U вих =K п U с =K п (U вх +βU вих ) Поділивши обидві частини рівняння на°Uвх, одержимо U вих /U вх =K п =(1+β(U вих /U вх )) або K зв =K п (1+βK пзв ) Звідки K зв = ۹п 1-βK п де °βКп—фактор зворотного зв'язку, який називається петльовим підсиленням і який задає характер зворотного зв'язку та значеннякоефіцієнта підсилення °Кзв; 1—°b°Кп— глибина зворотного зв'язку. Оскільки в загальному випадку °Кп = Кпе jj K і °β = еде і j ߚ—кути фазових зсувів сигналу, які вносяться відповідно підсилювачем та колом зворотного зв'язку, то K зв = ۹п∗ࢋ ౡ 1-βK п ࢋ ሺሺሺሺౡశβሻሻሻሻ Заумови j k +j b = p, К тобтокоефіцієнт зворотногозв'язку—величинадійснатавід'ємна. В цьому випадку Таким чином, якщо сигнал зворотного зв'язку надходить на вхід підсилювача в протифазі з вхідним сигналом, то коефіцієнт підсилення зменшується в (1 + βКп) раз. Такий зворотний зв'язок називають негативним зворотним зв'язком. Незважаючи на зменшення підсилення, негативний зворотний зв'язок широко використовують, оскільки з його введенням значно покращується ряд параметрів підсилювача. Так, зменшення коефіцієнта підсилення супроводжується збільшенням стабільності підсилювача, шо підвищує стійкість його роботи. Продиференціювавши рівняння заКп, одержимо Перегрупувавши в рівнянні змінні і поділивши його на одержимо Відносна зміна коефіцієнта підсилення підсилювача із зворотним зв'язком зменшується в (1 + βКп) раз. При βКп>>1 (глибокий зворотний зв'язок рівність набуваєвигляду Аналогічно можна показати, що при послідовному зворотному зв'язку за напругою в (1 + βКп) раз збільшується вхідний опір підсилювача і в стільки ж разів зменшується вихідний опір. Прибудь- якому виді негативного зворотного зв'язку в (1 + βКп) раз зменшуються частотні .фазові та нелінійні спотворення, а також напруги шумів. Таким чином, вводячи негативний зворотний зв'язок і змінюючи його параметри, можна змінювати в потрібному напрямі вхідний та вихідний опори підсилювача, його частотні та фазові характеристики, тобто поліпшувати параметри підсилювача. При К+ j b = п деп, коли збігаються фази напруг °Uвх та °Uзв, °β°Kп=βKп . З рівняння одержуємо Зворотний зв'язок, при якому коефіцієнт підсилення підсилювача збільшується, називають позитивним зворотним зв'язком. Якщо п >0, Кзв>Кп, але має скінчене значення. При Кзвà ¥ і коливання на виході підсилювача будуть навіть при відсутності вхідного сигналу, розвиваючись від малих флюктуарних шумових сигналів. Підсилювач самозбуджується, перетворюючись у генератор електричних коливань. Для підсилювача такий режим роботи неприпустимий. В багатокаскадних підсилювачах через загальні кола живлення, ємності монтажу, паразитні індуктивності можуть з'являтися внутрішні зворотні зв'язки, для яких на якій-небудь частоті виконується співвідношення . Це призводить до погіршення характеристик підсилювача і в деяких випадках — до його самозбудження. Подібні зворотні зв'язки називають паразитними. Використання коригуючих кіл,розв'язуючих фільтрів і інших заходів дає змогу звести паразитні зворотні зв'язки до мінімуму. Режим роботи транзистора у підсилювальному каскаді. Параметри вихідного сигналу. В зависимости от величины постоянной составляющей входного тока (от положения рабочей точки покоя О)транзистор в схеме усилительного каскада может работать без отсечки и с отсечкой тока. В последнем случае коллекторный ток протекает только в течение части периода входного сигнала. Различают четыре основных режима работы транзистора классы А, АВ, В, С. Режим класса А. Этот режим характеризуется работой транзистора без отсечки тока, с минимальными нелинейными искажениями формы сигнала. Для обеспечения режима класса А, например в схеме ОЭ на вход транзистора подается такое постоянное напряжение смещения Е бэ , при котором рабочая точка покоя О занимает положение, соответствующее середине линейного участка 1—2 входной характеристики транзистора і б =f(U бэ ) на рис. 3.6. При этом максимальную амплитуду входного переменного сигнала б выбирают такой, чтобы рабочая точка перемещалась по характеристике і б =f(U бэ ) в пределах ее линейного участка, иначе появляются нелинейные искажения за счет нелинейности входных характеристик, зависящие от соотношения между внутренним сопротивлением генератора входного сигнала г и входным сопротивлением каскада R вх э Если R г < бm2 >U бm1 за счет нелинейности входной характеристики транзистора форма тока базы существенно искажается, так какI ' бm2 >I '' бm2 Рис. 3.6. При R г >>R вх э (режим источника тока) на вход усилителя поступает ток і б синусоидальной формы. В этом случае нелинейность входной характеристики мало влияет на форму выходного тока, поэтому нелинейные искажения уменьшаются по сравнению с режимом источника напряжения. Однако с увеличением г возрастает отбираемая от источника сигнала мощность. Нелинейные искажения за счет нелинейности выходных характеристик транзистора обусловлены зависимостью коэффициента усиления тока базы Вот тока коллектора. Количественно суммарные нелинейные искажения за счет нелинейности входных и выходных характеристик определяют с помощью сквозной динамической характеристики, представляющей собой зависимость выходного тока і к от ЭДС генератора входного сигнала е г . Сквозную характеристику можно построить, используя входную и выходную характеристики транзистора и зная положение нагрузочной прямой. По заданным, например, в точках пересечения 1, 2, 0, 3, 4 (см. рис. 3.5) Рис. 3.5. значениям коллекторного тока определяют соответствующие им значения базового тока І б1, І б2, І б0, І б3, І б4 По входной характеристике і б =f(U бэ ) для данных базовых токов находят значения б, б, U б0 ,U б3 ,U б4 Затем, пользуясь формулой е г =U бэ+ і б R г , находят ЭДС генератора Е г1, Е г2, Е г0, Е г3, Е г4 На рис. 3.7 построены сквозные характеристики для двух значений сопротивления г, откуда видно, что при R г4 >R г1 сквозная характеристика более линейна, чем при R г1 Для оценки нелинейных искажений каскада необходимо, используя сквозную характеристику, найти высшие гармоники выходного тока и определить коэффициент гармоникК г Рис. 3.7. Рис. 3.8. Так как в режиме класса А нелинейные искажения в основном создает вторая гармоника І к2 (амплитуды остальных малы, то коэффициент Кг можно записать следующим образом Определив по сквозной характеристике (рис. 3.8) значения токов І к0, І кmax , соответствующие максимальному амплитудному значению генератора сигнала Е гm , с помощью гармонического анализа [3] можно получить Таким образом, Режим класса А широко используется в схемах усилителей напряжения. Однако КПД усилительного каскада, работающего в режиме класса А, относительно мал. Действительно, полезная и потребляемая мощности каскада соответственно равны ГдеU вых эф =U вых / √2 , І кэф = І к / √2 - эффективные значения напряжения и тока. Тогда выражение для КПД, определяемое отношением полезной мощности к потребляемой, будет иметь вид Рис. 3.9. Максимальная амплитуда коллекторного токаІ кm ограничивается допустимыми нелинейными искажениями и, как показывает графический анализ каскада ОЭ на рис. 3.9, всегда меньше значенияІ к0 . Из рис. 3.9 видно также, что максимальная амплитуда коллекторного (выходного) напряжения меньше половины напряжения источника питания, т. е. Uкэm = U вых к. Таким образом, максимальный КПД усилительного каскада ОЭ, работающего в режиме класса А, меньше 25% Усилитель мощности, работающий в режиме класса А, отличается от каскада усиления напряжения см. риса) тем, что для повышения КПД в коллекторную цепь транзистора включен не резистора выходнойтрансформатор (рис. 3.10). Рис. 3.10. В отсутствие переменного входного сигнала е г на базу транзистора подается постоянное напряжение смещения Е г0 , обеспечивающее на его выходных характеристиках положение рабочей точки покоя О, соответствующее режиму класса А рис. 3.11). Так как в отсутствие входного сигнала коллектор транзистора через первичную обмотку трансформатора подключен непосредственно к источнику питания, то статическая нагрузочная прямая пойдет практически вертикально (сопротивлением обмотки постоянному току обм пренебрегаем).Следовательно, можно считать, чтоU к0 ≈Е к Режим класса АВ. Чтобы исключить искажения выходного сигнала в области малых значений вдвухтактных усилителях мощности, применяют режим класса АВ, когда на базу транзисторов подается небольшое напряжение смещенияU б0 , при котором рабочая точка занимает начальное положение О в нелинейной области входных характеристик, но через транзисторы в отсутствие входного сигнала протекает небольшой ток І б0 =(0,05-0,15)І бm (рис. 3.17). При этом КПД схемы практически не изменяется по сравнению с классическим режимом класса В, но нелинейные искажения уменьшаются в несколько раз. Рис. 3.16. Рис. 3.17. Режим класса С. Если подается напряжение смещения, запирающее усилительный элемент, то такой режим называется режимом класса С. Угол отсечки тока в режиме класса С меньше. Нелинейные искажения выше, а КПД больше, чем в режиме класса В. Режим класса С применяется в основном в схемах резонансных усилителей, где нелинейные искажения, возникающие в результате отсечки тока, устраняются резонансным нагрузочным контуром настроенным на частоту входного сигнала. В коммутационных схемах используется режим работы усилительного элемента класса Д (режим ДА—НЕТ), когда выходной ток периодически изменяется от нуля до максимального значения. 16. Мультивібратори. Типи, робота, параметри. Мультивибраторами называют электронные устройства, генерирующие электрические колебания, близкие по форме к прямоугольной. Спектр колебаний, генерируемых мультивибратором, содержит множество гармоник - тоже электрических колебаний, но кратных колебаниям основной частоты, что и отражено в его названии "мульти - много, "вибро - колеблю" Существуют три типа мультивибраторов в зависимости от режима работы нестабильный, автоколебательный или астабильный: устройство непрерывно генерирует колебания и самопроизвольно переходит из одного состояния в другое. При этом необязателен внешний сигнал синхронизации, если не требуется захват частоты колебаний • моностабильный: одно из состояний является стабильным, но другое состояние неустойчиво переходное. Мультивибратор на некоторое время, определяемое параметрами его компонентов, переходит в неустойчивое состояние под действием запускающего импульса. Затем возвращается в устойчивое состояния до прихода очередного запускающего импульса. Такие мультивибраторы используются для формирования импульса с фиксированной длительностью, независящей от длительности запускающего импульса. Такой тип мультивибраторов иногда, в литературе, называют одновибраторы или ждущие мультивибраторы. бистабильный мультивибратор устойчив в любом из двух состояний и может быть переключён из одного состояния в другое подачей внешних импульсов. Такие устройства называют бистабильными триггерами, и такие триггеры иногда, не совсем корректно, называют мультивибраторы, так как двусмысленно. Одной из очень известных и часто применяющихся в электронике схем, является симметричный мультивибратор, который представляет собой электронное устройство вырабатывающее генерирующее) колебания по форме, приближающиеся к прямоугольной. Мультивибратор собирается на двух транзисторах или логических схемах с дополнительными элементами. По сути это двухкаскадный усилитель с цепью положительной обратной связи (ПОС. Это значит, что выход второго каскада соединён черезконденсатор с входом первого каскада. В результате усилитель за счёт положительной обратной связи превращается в генератор. Для того чтобы мультивибратор начал генерировать импульсы достаточно подключить напряжение питания. Мультивибраторы могут быть симметричными и несимметричными. На рисунке представлена схема симметричного мультивибратора. В симметричном мультивибраторе номиналы элементов каждого из двух плеч абсолютно одинаковы R1=R4, R2=R3, C1=C2. Если посмотреть на осциллограмму выходного сигнала симметричного мультивибратора, то легко заметить, что прямоугольные импульсы и паузы между ними одинаковы повремени импульса (и) = t паузы (п. Резисторы в коллекторных цепях транзисторов не влияют на параметры импульсов, и их номинал подбирается в зависимости от типа применяемого транзистора. Частота следования импульсов такого мультивибратора легко высчитывается по несложной формуле: ,где f - частота в герцах (Гц, С - ёмкость в микрофарадах (мкФ) и R - сопротивление в килоомах (кОм. Например С = 0,02 мкФ, R = 39 кОм. Подставляем в формулу, выполняем действия и получаем частоту в звуковом диапазоне приблизительно равную 1000 Гц, а точнее 897,4 Гц. Сам по себе такой мультивибратор неинтересен, так как он выдаёт один немодулированный писк, но если элементами подобрать частоту 440 Гц, а это нота Ля первой октавы, то мы получим миниатюрный камертон, с помощью которого можно, например, настроить гитару в походе. Единственно, что нужно сделать, это добавить каскад усилителя на одном транзисторе и миниатюрный динамик. Основными характеристиками импульсного сигнала принято считать следующие параметры Частота. Единица измерения (Гц) Герц. 1 Гц – одно колебание в секунду. Частоты, воспринимаемые человеческим ухом, находятся в диапазоне 20 Гц – 20 кГц. Длительность импульса. Измеряется в долях секунды мили, микро, нано, пико итак далее. Амплитуда. В рассматриваемом мультивибраторе регулировка амплитуды не предусмотрена. В профессиональных приборах используется и ступенчатая и плавная регулировка амплитуды. Скважность. Отношение периода (Т) к длительности импульса (t). Если длина импульса равна 0,5 периода, то скважность равна двум. Исходя из вышеприведенной формулы, легко рассчитать мультивибратор практически на любую частоту за исключением высоких и сверхвысоких частот. Там действуют несколько другие физические принципы. Для того чтобы мультивибратор выдавал несколько дискретных частот достаточно поставить двухсекционный переключатель и пять шесть конденсаторов разной ёмкости, естественно одинаковые в каждом плече и с помощью переключателя выбирать необходимую частоту. Резисторы R2, R3 также влияют на частоту и скважность и их можно сделать переменными. Вот ещё одна схема мультивибратора с подстройкой частоты переключения. Уменьшение сопротивления резисторов R2 и R4 меньше определённой величины зависящей от типа применяемых транзисторов может вызвать срыв генерации и мультивибратор работать не будет, поэтому последовательно с резисторами R2 и R4 можно подключить переменный резистор R3, которым можно подобрат частоту переключений мультивибратора. Практическое применение симметричного мультивибратора очень обширно. Импульсная вычислительная техника, радиоизмерительная аппаратура при производстве бытовой техники. Очень много уникальной медицинской техники построено на схемах, в основе которых лежит тот самый мультивибратор. Благодаря исключительной простоте и невысокой стоимости мультивибратор нашёл широкое применение в детских игрушках. Вот пример обычной мигалки на светодиодах. При указанных на схеме величинах электролитических конденсаторов С, Си резисторов R2, R3 частота импульсов будет 2,5 Гц, а значит, светодиоды будут вспыхивать примерно два раза в секунду. Можно использовать схему, предложенную выше и включить переменный резистор совместно с резисторами R2, R3. Благодаря этому можно будет посмотреть, как будет изменяться частота вспышек светодиодов при изменении сопротивления переменного резистора. Можно поставить конденсаторы разных номиналов и наблюдать за результатом. |