шпоры эпиу. Усилители. Параметры и характеристики усилителей

• Название: Усилители. Параметры и характеристики усилителей
• Анкор: шпоры эпиу.doc
• Дата: 09.09.2018
• Размер: 5.58 Mb.
• Имя файла: шпоры эпиу.doc
• Тип: Документы; #24328
• страница: 3 из 5

67. Усилители постоянного тока. Назначение, параметры, основные особенности.

Под усилителем постоянного тока (УПТ) (рис 10.32) понимают усилитель, который наряду с сигналами переменного тока усиливает сигналы постоянного тока, то есть у таких усилителей . На нижних частотах и при коэффициент усиления равен коэффициенту усиления на средних частотах. УПТ имеет полосу пропускания от 0 до . Основными параметрами УПТ являются: коэффициент усиления по постоянному току ; верхняя граничная частота , определяющая ширину полосы пропускания. Фазочастотная характеристика имеет отрицательный фазовый сдвиг в области верхних частот.

Особенностью УПТ является то, что связь с источником сигнала, с нагрузкой и между каскадами не должна осуществляться при помощи реактивных элементов, так как они оказывают сопротивление переменной составляющей. Эти связи могут быть только непосредственными (гальваническими) - в этом случае выходное напряжение предыдущего каскада, содержащего постоянную составляющую режима покоя и приращение, вызванное воздействием входного сигнала, полностью подается на вход следующего каскада.

Если напряжение покоя предыдущего каскада изменяется под действием температуры или других факторов, то оно будет воспринято последующим каскадом как приращение, обусловленное воздействием входного сигнала, и будет далее усиливаться. Таким образом, в УПТ возникает явление, когда входной сигнал отсутствует, а на выходе усилителя присутствует постоянное напряжение некоторой величины. Такое явление называется дрейфом нуля. Различают абсолютный дрейф нуля (напряжение при нулевом входном сигнале) и приведенный (показывающий, какое постоянное напряжение обратной полярности требуется подать на вход усилителя, чтобы скомпенсировать величину абсолютного дрейфа). Величина дрейфа может меняться с течением времени. Причины возникновения дрейфа:

1) Температурный дрейф, вызванный температурной нестабильностью режима покоя в каскадах. Наиболее существенный вклад в дрейф усилителя вносят первые каскады, так как их дрейф усиливается последующими каскадами.

2) Старение элементов схемы. С течением времени изменяются как параметры самих транзисторов, так и остальных элементов каскада.

3) Нестабильность источников питания. Колебания напряжения источника питания приводит к колебаниям напряжения покоя и положения рабочей точки:

При возникновении дрейфа нуля происходит смещение амплитудной характеристики усилителя.



68. Методы борьбы с дрейфом нуля. Местные отрицательные обратные связи.

В схеме усилителя выводы коллектора и базы транзисторов соседних каскадов соединены непосредственно. В этих условиях резисторы R_э каждого последующего каскада (осуществляющие внутрикаскадные (местные) отрицательные обратные связи по постоянному току) предназначены также для создания необходимого напряжения U_бэп в режиме покоя. Это достигается повышением отрицательного потенциала на эмиттере каждого транзистора от протекания через резистор R_э эмиттерного тока до величины, меньшей по абсолютному значению потенциала его базы или, что то же, потенциала коллектора транзистора предыдущего каскада. Так, для транзистора T₂ второго каскада имеем:

U_бэп2 = U_кп1 – U_эп2 = U_кп1 – I_эп2R_э2. (1.1)

Во входную цепь усилителя (рис.2.1) последовательно с источником входного сигнала включен источник входного компенсирующего напряжения U_{комп.вх}. его вводят для того, чтобы при e_г = 0 напряжение U_бп1 соответствовало требуемому значению напряжения в режиме покоя и ток через источник был равен нулю. С этой целью компенсирующее напряжение выбирают равным U_бп1.


Методы борьбы с дрейфом нуля. Глубокие отрицательные обратные связи.
Отрицательная связь ослабляет влияние всех изменений коэффициента усиления К, в том числе связанных с неравномерностью частотной характеристики, расширяет полосу пропускания как в сторону низких, так и в сторону высоких частот, уменьшает частотные искажения. ОСС уменьшает возникающие в усилители нелинейные искажению. Если при ООС

то говорят, что усилитель охвачен глубокой отрицательной обратной связью.





Физический смысл повышения стабильности коэффициента усиления усилителя с глубокой отрицательной обратной связью заключается в том, что при изменения коэффициента усиления усилителя К изменяется напряжение обратной связи., приводящее к изменений входного напряжения усилителя, препятствующему изменению выходного напряжения. Стабильность коэффициента ОСС широко используется для улучшения АЧХ усилителей.

69. Методы борьбы с дрейфом нуля. Балансные (мостовые схемы).

Балансные УПТ строятся на основе схемы сбалансированного четырехплечного уравновешенного моста: два одинаковых усилительных элемента, работающие в идентичном режиме, образуют два плеча моста, а другими двумя плечами являются два одинаковых резистора R_к в их коллекторной цепи. Каскады могут быть выполнены как на основе биполярных, так и полевых транзисторов. Типовая балансная схема транзисторного УПТ приведена на рисунке



Данная схема по существу представляет собой мост, плечами которого являются коллекторные резисторы R_к и внутренние сопротивления транзисторов VTI и VT2. Резисторы R_б1 и R_б2 входят в делители напряжения источника витания и служат для выбора исходного режима работы транзисторов. В объединенную эмиттерную цепь включен резистор R_э. К одной из диагоналей поста подведена напряжение источника питания Е_к, а с другой – снимаются выходное напряжение (нагрузку каскада подключают между коллекторами транзисторов):



Для нормальной работы схемы необходима полная симметрия плеч. В этом случае в исходном состоянии (до поступления входного сигнала) мост окажется сбалансированным, а напряжение на его выходе будет равно нулю. Реально симметрия достигается, прежде всего, выбором согласованной пары (идентичных) транзисторов и вспомогательных элементов каскада (резисторов цепей смещения, стабилизации и т.п.). Если в схеме обеспечена абсолютная симметрия, то выходное напряжение не изменяется из-за действия дестабилизирующих факторов (температуры и других внешних факторов).

При полной симметрии плеч токи покоя обоих транзисторов, а также их отклонения в случае изменения режима (например, при изменении напряжения Е_к изменении температуры и т. п.) имеют равную величину. Потенциалы коллекторов при этом также равны или получают одинаковые приращения напряжений. Поэтому при одинаковом воздействии дестабилизирующих факторов на оба транзистора одновременно баланс моста не нарушается и выходное напряжение не появляется, т.е. напряжение дрейфа равно нулю.

70. Дифференциальный каскад.

Схема замещения ОУ содержит входной дифференциальный каскад с коэффициентом передачи К_{1 ,} который преобразует входной дифференциальный сигнал в выходной ток, поступающий на интегрирующее звено с коэффициентом передачи К₂ . Выходной каскад является усилителем мощности и представляет собой повторитель напряжения. Их отличает высокая стабильность работы, малый дрейф нуля, большой коэффициент усиления дифференциального сигнала и большой коэффициент подавления синфазных помех. Любой ДУ выпол­няется по принципу сбалансированного моста, два плеча которого образованы резисторами R_к1 и R_к1 , а два других — транзисторами Т1 и Т2. Сопротивление нагрузки включается между коллекторами транзисторов, т. е. в диагональ моста. Питание ДУ осуществляется от двух источников, напряжения которых равны (по модулю) друг другу, таким образом, суммарное напряжение питания ДУ равно 2Е. В реальных усилителях требуется выполнить два основных требования, для обеспечения необходимых параметров работ:

1. 
   симметрии обоих плеч ДУ. По нему необходимо обеспечить идентичность параметров каскадов ОЭ(общим эмитером), образующих ДУ. При этом должны быть одинаковы параметры транзисторов Т1 и Т2, а также R_к1 = R_к2 (и R₀₁ = R₀₂). Если первое требование выполнено полностью, то больше ничего и не требуется для получения идеального ДУ. Действительно, при U_вх1 = U_вх2 = 0 достигается полный баланс моста, т. е. потенциалы коллекторов транзисторов Т1 и Т2 одинаковы, следовательно, напряжение на нагрузке равно нулю.
   
2. 
   обеспечить глубокую ООС(Отрицательная обратная связь) для синфазного сигнала. Синфазными называются одинаковые сигналы, т. е. сигналы, имеющие равные амплитуды, формы и фазы. Если на входах ДУ (рис. 10) присутствуют U_вх1=U_вх2, причем с совпадающими фазами, то можно говорить о поступлении на вход ДУ синфазного сигнала. Синфазные сигналы обычно обусловлены наличием помех, наводок и т. д. Выполнить второе основное требование позволяет введение в ДУ резистора R_Э , (или его электронного эквивалента). Если на вход ДУ поступает сигнал синфазной помехи, например, положительной полярности, то транзисторы Т1 и Т2 приотк­роются и токи их эмиттеров возрастут. В результате по резистору R_Э будет протекать суммарное приращение этих токов, об­разующее на нем сигнал ООС. Нетрудно показать, что R_Эобразует в ДУ последовательную ООС по току. будет наблюдаться уменьшение коэффициента усиления по на­пряжению для синфазного сигнала каскадов ОЭ, образующих общие плечи ДУ, K_исф1 и К_исф2 . коэффициент усиления ДУ для синфазного сигнала К_исф = К_исф1 - К_исф2 и за счет выполнения первого основного требования К_исф1 ≈ К_исф2 удается получить весьма малое значение К_исф, т. е. значительно подавить синфазную помеху.
   

Таким образом, при выполнении в ДУ двух основных требова­ний он обеспечивает стабильную работу с малым дрейфом нуля, с хорошим усилением дифференциального сигнала и со значитель­ным подавлением синфазной помехи.

71. Метод модуляции-демодуляции.

Использование аналитических многочастотных сигналов позволило добиться высоких значений спектральной эффективности радиочастотных систем.

Процесс изменения параметров несущей в соответствии с передаваемым сигналом. Для модуляции может использоваться амплитуда, фаза или частота сигнала. Демодуляция сигнала обеспечивается квадратурным демодулятором. В этом демодуляторе производится перемножение принятого и задержанного сигнала с последующей низкочастотной фильтрацией результата перемножения. Если установить время задержки, то на выходе фильтра нижних частот будет присутствовать сигнал, пропорциональный отклонению частоты, который является информационным. При модуляции осуществляется отклонение несущей частоты







Простейший модулятор







72. Комбинированные методы борьбы с дрейфом нуля.

Применение усилительных каскадов в УПТ ограничивается дрей­фом нуля. Дрейфом нуля (нулевого уровня) называется самопроиз­вольное отклонение напряжения или тока на выходе усилителя от начального значения. Этот эффект наблюдается и при отсутствии сигнала на входе. Поскольку дрейф нуля проявляется таким образом, как будто он вызван входным сигналом УПТ, то его невозможно отличить от истинного сигнала. Существует достаточно много физических причин, обусловлива­ющих наличие дрейфа нуля в УПТ. К ним относятся нестабиль­ности источников питания, температурная и временная нестабиль­ности параметров транзисторов и резисторов, низкочастотные шумы, помехи и наводки. Среди перечисленных причин наиболь­шую нестабильность вносят изменения температуры, вызывающие дрейф.

Методы борьбы:

1.местная отриц. обратная связь

2.глубокая отрицательная обратная связь

3.балансные (мостовые) схемы диф. усил.

4.метод модуляции-демодуляции







73. Операционные усилители

Операционный усилитель (ОУ) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.



Инвертирующий вход – Фаза на выходе не совпадает, неинвертирующий – совпадает.

Идеальный ОУ имеет бесконечно большое входное сопротивление, нулевое выходное сопротивление и бесконечно большой коэффициент усиления.

Параметры ОУ: смещение или напряжение сдвига нуля, входные токи смещения, разность входных токов, входное сопротивления, коэффициент ослабления синфазного сигнала, коэффициент шума, выходное напряжение и выходной ток, коэффициент усиления, полоса пропускания, скорость нарастания выходного напряжения, время установления выходного напряжения, время восстановления.

Специфические параметры: коэффициент усиления дифференциального сигнала Kд = Uвых /Uвх д (дифференциальный сигнал – напряжения между одним из входов и общей точкой системы);

коэффициент ослабления синфазного сигнала – Косл сф = Кд / Ксф (показывает, во сколько раз коэффициент передачи дифференциального сигнала больше коэффициента передачи синфазных сигналов), дифференциальное входное сопротивление (сопротивление со стороны любого входа при подключении другого к общей точке схемы).

74. Инвертирующий усилитель

Рассмотрим схему на рис. 4.4. Проанализировать ее будет нетрудно, если вспомнить сформулированные выше правила:

1. Потенциал точки В равен потенциалу земли, следовательно, потенциал точки А также равен потенциалу земли.

2. Это означает, что: а) падение напряжения на резисторе R2 равно Uвых, б) падение напряжения не резисторе R1 равно Uвх.

3. Воспользовавшись теперь правилом II, получим Uвых/R2 = - Uвх/R1, или коэффициент усиления по напряжению = Uвых /Uвх= - R2/R1. Позже вы узнаете, что чаше всего точку В лучше заземлять не непосредственно, а через резистор. Однако сейчас это не имеет для вас значения.



Рис. 4.4. Инвертирующий усилитель.

Итак, анализ схемы на ОУ оказался даже чересчур простым. Он, правда, не позволяет судить о том, что на самом деле происходит в схеме. Для того чтобы понять, как работает обратная связь, представим себе, что на вход подан некоторый уровень напряжения, скажем 1 В. Для конкретизации допустим, что резистор R1 имеет сопротивление 10 кОм, а резистор R2 - 100 кОм. Теперь представим себе, что напряжение на выходе решило выйти из повиновения и стало равно 0 В. Что произойдет? Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, с помощью которого потенциал инвертирующего входа поддерживается равным 0,91 В. Операционный усилитель фиксирует рассогласование по входам, и напряжение на его выходе начинает уменьшаться. Изменение продолжается до тех пор, пока выходное напряжение не достигнет значения -10 В, в этот момент потенциалы входов ОУ станут одинаковыми и равными потенциалу земли. Аналогично, если напряжение на выходе начнет уменьшаться и дальше и станет более отрицательным, чем -10 В, то потенциал на инвертирующем входе станет ниже потенциала земли, в результате выходное напряжение начнет расти.

Как определить входной импеданс рассматриваемой схемы? Оказывается, просто. Потенциал точки А всегда равен 0 В (так называемое мнимое заземление, или квазинуль сигнала). Следовательно, Zвх = R1 Пока вы еще не знаете, как подсчитать выходной импеданс; для этой схемы он равен нескольким долям ома.

Следует отметить, что полученные результаты справедливы и для сигналов постоянного тока - схема представляет собой усилитель постоянного тока. По этому, если источник сигнала смещен относительно земли (источником является, например, коллектор предыдущего каскада), у вас может возникнуть желание использовать для связи каскадов конденсатор (иногда такой конденсатор называют блокирующим, так как он блокирует сигнал постоянного тока, а передает сигнал переменного тока). Немного позже (когда речь пойдет об отклонениях характеристик ОУ от идеальных), вы узнаете, что в тех случаях, когда интерес подставляют только сигналы переменного тока, вполне допустимо использовать блокирующие конденсаторы.

Схема, которую мы рассматриваем, называется инвертирующим усилителем. Недостаток этой схемы состоит в том, что она обладает малым входным импедансомсом, особенно для усилителей с большим коэффициентом усиления по напряжению (при замкнутой цепи ОС), в которых резистор R1 как правило, бывает небольшим. Этот недостаток устраняет схема, представленная на рис. 4.5.



Рис. 4.5. Неинвертирующий усилитель.