Спар. Зачетная работа

• Название: Зачетная работа
• Дата: 30.03.2023
• Размер: 98.4 Kb.
• Имя файла: 05EAC775-3FC8-4BB2-A84C-E3213C5DA701.docx
• Тип: Документы; #1025368

Федеральное агентство связи
Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики
Межрегиональный центр переподготовки специалистов

Зачетная работа

По дисциплине: Схемотехника телекоммуникационных устройств

Выполнил:

Группа:

Вариант: 13

Проверил: Архипов С.Н.
Новосибирск 2017

Билет 1

1. 
   Дайте определение амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), объясните отличие реальной АЧХ от идеальной. Приведите примеры АЧХ для усилителей постоянного и переменного тока. Каким параметром характеризуется искажение АЧХ? Как определить нижнюю и верхнюю граничные частоты по допустимым частотным искажениям?
   
2. 
   Определить сквозной коэффициент усиления К_Е, если коэффициент усиления по напряжению K=30, а сопротивление источника сигнала R_ист = 4R_вх. В каком случае K и К_Е отличаются в 2 раза? В каком случае они примерно равны?
   
3. 
   Определить коэффициент полезного действия усилителя, который обеспечивает на нагрузке R_н = 3 Ом амплитуду выходного напряжения U_{m вых} = 4,5 В при потреблении тока 0,5 А от источника питания в 10 В.
   
4. 
   Усилительное устройство (УУ) без ООС имеет значение сквозных коэффициентов усиления на средней частоте K^*_{f ср}= 80, на нижней K^*_fн = 60, на верхней K^*_fв= 50. Определить значение этих же коэффициентов усиления при введении в УУ частотно-независимой ООС, если ее глубина на нижней частоте диапазона равна 5.
   
5. 
   Перечислите свойства идеального операционного усилителя (ОУ). Какие параметры реального ОУ относятся к точностным, а какие к динамическим?
   

1. Дайте определение амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), объясните отличие реальной АЧХ от идеальной. Приведите примеры АЧХ для усилителей постоянного и переменного тока. Каким параметром характеризуется искажение АЧХ? Как определить нижнюю и верхнюю граничные частоты по допустимым частотным искажениям?

Частотные искажения  усилителя оцениваются по амплитудно-частотной характеристике усилителя (АЧХ), представляющей собой график зависимости модуля коэффициента усиления по напряжению К от частоты при заданном и неизменном входном напряжении сигнала U_вх, которое, во избежание нелинейных искажений, не должно превышать номинального значения U_вх.ном (обычно берут U_вх<0,5U_вх.ном, что соответствует примерно середине линейного участка амплитудной характеристики усилителя).



Рисунок 1

На Рис. 1 штрих-пунктирной линией, параллельной оси абсцисс, показана идеальная АЧХ, а сплошной линией – наиболее типичная для усилителей гармонических сигналов реальная АЧХ.

Для удобства анализа реальная АЧХ разбивается на три области частот: средних, нижних и верхних (см. Рис. 1). В области средних рабочих частот реальная АЧХ совпадает с идеальной, так как коэффициент усиления по напряжению в области средних частот К_{ср. ч.} практически не зависит от частоты вследствие пренебрежимо малого влияния реактивных элементов и инерционных свойств УЭ усилителя.



Рисунок 2

В областях нижних и верхних рабочих частот реальная АЧХ отклоняется от идеальной, так как здесь К уменьшается относительно коэффициента усиления на средних частотах К_{ср. ч.} из-за влияния реактивных составляющих сопротивлений в цепях усилителя и в нагрузке, а также из-за влияния инерционных свойств УЭ (забегая вперед, можно отметить, что завал АЧХ в области нижних частот вызывается влиянием конденсаторов и трансформаторов связи, если они используются в усилителях, а в области верхних частот – влиянием инерционных свойств УЭ и реактивных составляющих нагрузки).

Частоты f_н и f_в, на которых К уменьшается до допустимого (заданного) значения относительно К_ср.ч, называются соответственно нижней граничной и верхней граничной частотами. Средняя частота усилителя определяется по выражению:



Для усилителей звуковых частот (УЗЧ) и широкополосных усилителей средняя частота принимается равной 1кГц, а для УПТ - равной нулю.

Область частот от нижней граничной частоты f_н до верхней граничной частоты f_в, в пределах которой изменения коэффициента усиления не превышают допустимых значений, называется диапазоном рабочих частот или полосой пропускания частот усилителя D f.

Одним из важных показателей усилителя, связанного с его полосой пропускания частот, является так называемая площадь усиления, равная произведению коэффициента усиления на средних частотах К_ср.ч и полосы пропускания D f усилителя. Поскольку в УЗЧ, в УПТ и в широкополосных усилителях всегда выполняется условие D f » f_в, так как f_в>> f_н, то площадь усиления таких усилителей будет определятся выражением:

П = К_ср.ч× f_в. (1.30)

При построении АЧХ коэффициент усиления К откладывается в относительных значениях в линейном масштабе или в относительных значениях в логарифмическом масштабе lgK, но может откладываться и в децибелах К(дБ)=20lgK, а частота f в герцах (или угловая частота w = 2p f) – всегда в логарифмическом масштабе lgf, что обусловлено широким диапазоном современных усилителей.

В связи с тем, что вносимые усилителем частотные искажения определяются неравномерностью его АЧХ в диапазоне рабочих частот, за меру частотных искажений принимают модуль относительного коэффициента усиления Y, представляющего собой отношение модуля коэффициента усиления на рассматриваемой частоте к коэффициенту усиления на средней частоте К_ср.ч:

(1.31)

АЧХ усилителя часто строят именно в виде зависимости Y от частоты (Рис. 3).



Рисунок 3

Такие АЧХ усилителя называются нормированными. Нормированные АЧХ очень удобны для оценки изменения АЧХ усилителя при изменениях К в зависимости от изменений параметров усилителя или для сравнения АЧХ усилителей с различными значениями К_ср.ч..

Для оценки частотных искажений усилителя наряду с относительным коэффициентом усиления Y применяют также коэффициент частотных искажений:

_(1.32)

В лабораторных условиях иногда, в целях ускоренной обработки результатов эксперимента, АЧХ усилителя строят в виде графика зависимости выходного напряжения U_вых от частоты при заданном и неизменном входном напряжении U_вх ≤ 0.5 U_{вх ном} (Рис 4).



Рисунок 4

Эта АЧХ также может быть легко приведена к нормированному виду, учитывая, что

(1.33)
(1.34)

Y и M часто выражают в децибелах:

_(1.35)

Очевидно, что

Для перевода Y(дБ и М(дБ) из децибел в относительные значения пользуются соотношениями:

_(1.36)

На частотах, где Y=M=1 (или в децибелах Y(дБ) = M(дБ) = 0), частотных искажений нет. Чем больше Y или M в относительных значениях отличаются от единицы (или чем больше Y(дБ) и М(дБ) отличаются от нуля), тем больше вносимые усилителем частотные искажения. Очевидно, что при идеальной АЧХ усилителя частотные искажения отсутствуют.

Можно отметить некоторые особенности построения АЧХ операционных усилителей, являющихся типичными УПТ. Ее обычно идеализируют, представляя в виде двух пересекающихся прямых, одна из которых проходит параллельно оси частот от  до граничной частоты   на уровне коэффициента усиления ОУ, а другая – наклонно от  до частоты единичного усиления  .



Рисунок 5

Значения К_ОУ (или К^*_ОУ), по оси ординат откладывают чаще всего в децибелах К_ОУ(или К^*_ОУ)=20lgК_ОУ (или К^*_ОУ), а значения частоты в герцах в логарифмическом масштабе по оси абсцисс откладывают через октаву, равную разности 2f - f, или через декаду, равную разности 10f - f, по логарифмической шкале (на рис. 5 значения частоты отложены через декаду в логарифмическом масштабе).

Граничная частота f_гр определяется как  в зависимости от того, какой коэффициент усиления откладывается по оси ординат. Крутизну спада идеализированной АЧХ характеризуют значениями:



Наибольшая погрешность от идеализации будет на граничной частоте, но она обычно не превышает примерно 3 дБ.

Диапазон рабочих частот (полоса пропускания) и допустимые частотные искажения усилителя определяются спектральным составом усиливаемых сигналов, то есть назначением усилителя.

2. Определить сквозной коэффициент усиления К_Е, если коэффициент усиления по напряжению K=30, а сопротивление источника сигнала R_ист = 4R_вх. В каком случае K и К_Е отличаются в 2 раза? В каком случае они примерно равны?
Дано:

K=30

R_ист = 4R_вх
Решение:
Сквозной коэффициент усиления можно определить:



В каком случае K и К_Е отличаются в 2 раза. При введении ООС, глубина ООС – F


Таким образом, чтобы K и К_Е отличались в 2 раза, глубина обратной связи должна быть F=2

В каком случае они примерно равны? F=1
3. Определить коэффициент полезного действия усилителя, который обеспечивает на нагрузке R_н = 3 Ом амплитуду выходного напряжения U_{m вых} = 4,5 В при потреблении тока 0,5 А от источника питания в 10 В.

Дано:

R_н = 3 Ом

U_{m вых} = 4,5 В
Решение:
Коэффициент полезного действия (КПД) усилителя - это отношение мощности сигнала на нагрузке Р_н к мощности Р₀, потребляемой усилителем от источников питания:  


 Выходную мощность P_н рассчитывают по формуле:



– напряжение питания,  – ток, потребляемый от источника ЕП.
4. Усилительное устройство (УУ) без ООС имеет значение сквозных коэффициентов усиления на средней частоте K^*_{f ср}= 80, на нижней K^*_fн = 60, на верхней K^*_fв= 50. Определить значение этих же коэффициентов усиления при введении в УУ частотно-независимой ООС, если ее глубина на нижней частоте диапазона равна 5.
Дано:

K^*_{f ср}= 80

K^*_fн = 60

K^*_fв= 50
Решение:









5. Перечислите свойства идеального операционного усилителя (ОУ). Какие параметры реального ОУ относятся к точностным, а какие к динамическим?
Идеальный операционный усилитель должен обладать следующими свойствами:

1. Бесконечно большой коэффициент усиления по напряжению при разомкнутой петле обратной связи

2. Бесконечно большое входное и нулевое выходное сопротивления

3. Отсутствие линейных и нелинейных искажений, что предполагает, в частности, бесконечно большой диапазон частот, отсутствие задержки при прохождении сигналов через ОУ и бесконечно большой динамический диапазон.

4. Равенство нулю выходного напряжения при нулевом (U_ВХ =0) или синфазном (U_ВХ1 =U_ВХ2) входном напряжении.

В реальных микросхемах ни одно из этих свойств не может быть выполнено полностью, однако к ним можно приблизиться с достаточной для многих практических приложений точностью.

Параметры, описывающие качество ОУ, можно разделить на четыре группы: точностные, динамические, эксплуатационные и надежностные.

К точностным параметрам ОУ относятся: коэффициент усиления (К_U), коэффициент ослабления синфазного сигнала (К_ОСС), напряжение смещение нуля (U_СМ), входной ток (I_ВХ), разность входных токов по инвертирующему и неинвертирующему входам (I_Р), коэффициенты температурных дрейфов перечисленных параметров.

Параметры, характеризующие быстродействие ОУ, можно разделить на параметры для малого и большого сигнала.

К первой группе динамических параметров относятся: частота среза (f_СР), частота единичного усиления (f_Т) и время установления (t_У). Эти параметры называются малосигнальными, так как измеряются в линейном режиме работы каскадов ОУ.
Ко второй группе относятся скорость нарастания выходного напряжения (V) и мощностная полоса пропускания (f_Р). Эти параметры измеряются при большом дифференциальном входном сигнале.