Описание электрической цепи заряд, ток, напряжение, мощность, энергия Электрическим зарядом
 Скачать 2.86 Mb.
|
|
6. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ Измерение сопротивления резистора осуществляется омметром. В простейшем случае он реализуется с помощью амперметра и источника известного постоянного напряжения, как показано на рис. 6.1а.  Рис. 6.1 По закону Ома неизвестное сопротивление равно отношению известной ЭДС источника напряжения , например, В, к измеренному току  . (6.1)Шкала амперметра градуируется в значениях сопротивления. Согласно (6.1) шкала является обратной – малому току соответствует большое сопротивление. Универсальным методом измерения параметров элементов является метод вольтметра-амперметра. Его структурная схема показана на рис. 6.1б или рис. 6.1в. На элемент с неизвестными параметрами подается гармоническое напряжение  с амплитудой и частотой . В цепи измеряются действующие значения переменного тока и напряжения , тогда по закону Ома модуль сопротивления элемента равен . (6.2)Если элементом является резистор, то его сопротивление определяется выражением  , (6.3)если индуктивность, то ее величина равна  , (6.4)а если емкость, то  . (6.5)Используются и другие методы измерения параметров элементов. 7. УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ 7.1. Задача усиления сигнала Усилитель электрических сигналов – это электронное устройство четырьмя полюсами (точками подключения, выводами) - четырехполюсник, как показано на рис. 7.1. На два входных полюса подается входной сигнал  или  , а с двух других (с сопротивления нагрузки ) снимается выходной сигнал  или  , который по форме совпадает с входным воздействием, но имеет более высокий уровень.  Рис. 7.1 Для идеального усилителя при произвольных сигналах  , (7.1)где  - входной или выходной сигнал (напряжение, ток или мощность),- коэффициент усиления (по напряжению, току или мощности), - время задержки сигнала. Идеальный усилитель – это линейное электронное устройство. Он практически не реализуем, к его свойствам можно лишь приблизиться с определенной точностью.Реальный усилитель – нелинейное устройство, свойства которого зависят от уровня, формы и частоты входного сигнала. Часто его приближенно рассматривают как линейный четырехполюсник. Усилители электрических сигналов классифицируются по различным признакам. По виду сигналов различают усилители тока, напряжения и мощности, по диапазону рабочих частот – усилители низких (УНЧ), высоких (УВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот, по полосе усиливаемых частот – узкополосные и широкополосные усилители. По назначению усилители делятся, например, на: - усилители постоянного тока (УПТ);бщие положения - предварительные усилители; - оконечные усилители; - дифференциальные усилители и т.д. По выходной мощности усилители разделяют на маломощные (например, до 0,3 Вт), средней мощности (от 0,3 Вт до 3 Вт) и высокой мощности (выше 3 Вт). Усилители классифицируются по принципиальной схеме: усилитель с резистивно-емкостными связями, эмиттерный повторитель, схема Дарлингтона и др. 7.2. Коэффициент усиления Характеристики усилителя оцениваются при входном гармоническом сигнале с круговой частотой  . Модуль коэффициента усиления по напряжению равен , (7.2)где  и  - амплитуды (или действующие значения) входного и выходного напряжений усилителя на рис. 7.1. Аналогично определяется модуль коэффициента усиления по току , (7.3)где и  - амплитуды (или действующие значения) входного и выходного токов усилителя. Коэффициент усиления по мощности - величина действительная и положительная, равная  , (7.4)где  - мощность, потребляемая входной цепью усилителя от источника сигнала, а  - мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку.7.3. Частотные характеристики Зависимости  ,  или  ,  называют амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) усилителя, пример показан на рис. 7.2а.  Рис. 7.2 Коэффициент усиления по напряжению или току может измеряться в децибелах (дБ) согласно выражению  . (7.5)Например, если  , то  дБ, если  , то  дБ. Удобно, что при  получим  дБ, то есть положительные значения АЧХ в децибелах указывают на усиление, а отрицательные – на ослабление сигнала. Коэффициент усиления по мощности в децибелах определяется равенством  , (7.6)так как мощность пропорциональна квадрату тока или напряжения. Фазочастотной характеристикой (ФЧХ) называют зависимость от частоты разности фаз между выходным и входным сигналами,  , (7.7)измеряется в радианах или градусах, ее пример показан на рис. 7.2б. Форма частотных характеристик определяется схемой и параметрами элементов усилителя. Важнейшей характеристикой усилителя является полоса усиливаемых частот, она определяется как частотный интервал, внутри которого коэффициент усиления падает не более, чем в раз (на 3 дБ) по сравнением со значением на заданной номинальной частоте (для УНЧ она равна 1 кГц) или относительно максимального значения,  , (7.8) и  - верхняя и нижняя граничные частоты (рис. 7.2а). В (7.8) частоты измеряются в Гц, как принято при проектировании и экспериментальных исследованиях усилителя, аналогично определяется полоса в рад/с.Усилитель должен иметь высокое входное и низкое выходное сопротивления. 7.4. Усилитель с резистивно-емкостными связями Принципиальная схема усилителя с резистивно-емкостными связями показана на рис. 7.3.  Рис. 7.3 Это усилитель с резистивной коллекторной нагрузкой , связь усилителя с входной и выходной цепями осуществляется через разделительные емкости и  . Его основой является биполярный транзистор  типа n-p-n, включенный по схеме с общим эмиттером и питающийся от источника положительного напряжения с ЭДС E. Выбор транзистора проводится исходя из частотных возможностей и стоимости. Из отечественных транзисторов целесообразно выбрать дешевый высокочастотный маломощный n-p-n транзистор КТ315А. Расчет элементов и характеристик усилителя проведен в [3], результаты представлены в табл. 7.1 и табл. 7.2. Таблица 7.1
Таблица 7.2
Вид частотных характеристик показан на рис. 7.2. Пример временных диаграмм напряжений на входе () с амплитудой 10 мВ и выходе (  ) усилителя, полученных методом схемотехнического моделирования показан на рис. 7.4.Как видно, цепь на рис. 7.2 усиливает сигнал, хотя коэффициент усиления по напряжению меньше расчетного. Усилитель имеет низкое входное сопротивление и высокое выходное, что неблагоприятно для его применения.  Рис. 7.4 |
