Главная Случайная страница



Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника







Теоретические сведения. 1.1.1 Основные характеристики усилителей





 

1.1.1 Основные характеристики усилителей

 

Усилитель - это устройство, предназначенное для усиления мощности входного сигнала за счет потребления энергии источников питания.

В зависимости от схемы включения биполярного транзистора (БТ), усилители делятся на:

- усилители с общим эмиттером (ОЭ);

- усилители с общим коллектором (ОК);

- усилители с общей базой (ОБ).

 

Чтобы определить схему включения транзистора, достаточно выяснить на какой его вывод подается входное напряжение Uвх и с какого вывода снимается выходное напряжение Uвых.

Например, если в схеме Uвх подается на базу относительно эмиттера, а Uвых снимается с коллектора тоже относительно эмиттера, то это схема усилителя с общим эмиттером ОЭ.

 

К основным параметрам усилителей относятся:

1) коэффициент усиления по:

а) напряжению Кu = Uвых./ Uвх;

б) току Кi = Iвых./ Iвх.;

в) мощности Кp = Pвых./ Pвх.= Кu* Кi.

2) входное сопротивление Rвх – это сопротивление между входными зажимами усилителя для переменного входного тока, определяется по формуле (1.1)

 

Rвх = Uвх./ Iвх (1.1)

 

3) выходное сопротивление Rвых – это сопротивление между выходными зажимами усилителя для переменного тока при отключенном сопротивлении нагрузки, определяется по формуле (1.2)

Rвых = Uвых./ Iвых., (1.2)

 

4) коэффициент полезного действия усилителя η – это отношение мощности (Рвых), поступающей в нагрузку, к мощности, потребляемой от источника питания(Рист), определяется по формуле (1.3):

 

η = Рвых../.Рист. (1.3)

 

К основным характеристикам усилителя относятся:

- амплитудно-частотная (АЧХ);

- фазочастотная (ФЧХ);

- амплитудная (АХ).

 

В общем случае коэффициент усиления по напряжению и току является величиной комплексной, характеризующейся модулем и фазой, которые зависят от частоты усиливаемого сигнала.

Из-за наличия в схеме усилителя реактивных элементов и зависимости свойств транзистора от частоты коэффициент усиления усилителя имеет различные значения на различных частотах.



Это явление называется частотными искажениями усилителя. Для их оценки вводится параметр, называемый коэффициентом частотных искажений М(w), равный отношению коэффициента усиления на средних частотах (Кuo) к коэффициенту усиления на данной частоте (Кu(w)):

Коэффициент частотных искажений определяется по формуле (1.4)

 

M(w) = Kuo / Ku(w) (1.4)

 

Частоты, на которых коэффициент усиления достигает предельно допустимого значения и определяется согласно формуле (1.5), называются верхней wв.гр. и нижней wн.гр. граничными частотами (частотами среза), а разность Δw = wв..гр. - wн..гр. – полосой пропускания усилителя или диапазоном усиливаемых частот.

 
 


Ku(w)гр. = Kuo/Ö2=0,707*Kuo, (1.5)

 

Амплитудная характеристика усилителя-это зависимость амплитуды выходного сигнала Uвых.m от амплитуды входного сигнала Uвх.m на некоторой постоянной частоте.

Амплитудная характеристика идеального усилителя представляет прямую линию, проходящую через начало координат, а амплитудная характеристика реального усилителя совпадает с характеристикой идеального усилителя только на некотором участке.

При больших входных сигналах Uвх.m > Uвх.m.max, выходное напряжение усилителя перестает возрастать.

Это связано с тем, что рабочая точка транзистора попадает в область насыщения или отсечки, при этом выходной сигнал искажается.

Это явление называется нелинейными искажениями и оценивается коэффициентом гармоник Кг по формуле (1.6)

 

Кг = √∑Рп ∕ Р1 (1.6)

 

где Рn - мощность n-й гармонической составляющей выходного сигнала при n=2, 3, 4, ……, Вт;

Р1 - мощность первой гармоники, Вт.

 

Если нагрузка усилителя активная, то коэффициент гармоник

принимает вид согласно формуле (1.7):

 

Кг = √∑U2nm ∕ U21m = √∑I2nm ∕ I21m (1.7)

 

где Unm – амплитуда напряжения n-й гармонической составляющей выходного сигнала, начиная со второй гармоники, В;

U1m - амплитуда напряжения первoй гармонической составляющей выходного сигнала, В;

Inm - амплитуда тока n-й гармонической составляющей выходного сигнала, начиная со второй гармоники, А;

I1m – амплитуда тока первoй гармонической составляющей выходного сигнала, А.

 

При малых входных сигналах выполняется следующее условие (1.8)

 

Uвx. m < Uвx. m min (1.8)

 

При этом, выходное напряжение усилителя, остается практически постоянным и равным Uвыx.m.min. Напряжение Uвx.m.min называется напряжением собственных шумов усилителя.

Собственные шумы усилителя обусловлены различными помехами и наводками, а также непостоянством электрических процессов во времени.

Отношение Uвx.m.max/Uвx.m.min = D называется динамическим диапазоном усилителя.

 

 

1.1.2 Усилительный каскад на БТ с ОЭ

 

Наиболее распространенная схема усилительного каскада на биполярном транзисторе с ОЭ представлена на рисунке 1.1.



Входное усиливаемое переменное напряжение Uвх подводится к входу усилителя через разделительный конденсатор Cp1.

Конденсатор Cp1 разделяет источник входного сигнала и базовый вход усилителя по постоянному току, чтобы исключить нарушение начального режима работы транзистора VT1.

Усиленное переменное напряжение, выделяемое на коллекторе транзистора VT1, подводится к внешней нагрузке с сопротивлением Rн через разделительный конденсатор Ср2. Этот конденсатор служит для разделения выходной (коллекторной) цепи транзистора и внешней нагрузки по постоянной составляющей коллекторного тока IкA.

 

Рисунок 1.1 – Схема усилителя на биполярном транзисторе с ОЭ

 

Значение IкA и других постоянных составляющих токов и напряжений в цепях транзистора зависят от режима работы по постоянному току (положения рабочей точки на нагрузочной прямой).

Положение рабочей точки, т.е. значение начального тока базы IбА задается делителем RI, R2. При отсутствии входного переменного сигнала в цепи коллектора протекает постоянный ток IкA, значение которого определяется по формуле (1.9):

 

UкэА + IкA*Rк + IэA *Rэ = UкэА + IкA(Rк + Rэ) = Eк, (1.9)

 

где Rк - сопротивление в цепи коллектора, Ом;

Rэ - сопротивление в цепи эмиттера, Ом.

 

Решив это уравнение относительно тока IкА, получим динамическую характеристику транзистора по постоянному току,которая рассчитывается по формуле (1.10)

 

IкA = Eк/(Rк+Rэ) - UкэА/(Rк+Rэ). (1.10)

 

Это выражение представляет собой уравнение прямой линии, проходящей через точки с координатами: (Ек, 0);(0, Eк/Rкэ), изображенными на выходных характеристиках транзистора.

Усилительные каскады могут работать в одном из режимов: А, В, С, АВ, определяемых начальным положением рабочей точки при отсутствии входного переменного сигнала.

При работе транзистора в активном (усилительном) режиме (классА) начальное положение рабочей точки должно быть таким, чтобы ток через активный элемент транзистора протекал в течение всего периода изменения входного сигнала, а амплитудное значение выходного тока Iкm не превышало начального тока IкA.

Начальное положение рабочей точки обеспечивается делителем напряжения R1, R2, значения которых определяется соотношениями (1.11), (1.12):

 

R1 = (Eк – UбэА - U)/(Iдел + IбА), (1.11)

R2 = (UбэА + U)/Iдел, (1.12)

 

где Iдел = (2...5)IбА - ток в цепи делителя;

U = (0,1...0,25)Ек - для каскадов предварительного усиления.

При обеспечении режима работы транзистора необходимо осуществить температурную стабилизацию положения рабочей точки. С этой целью в эмиттерную цепь введен резистор Rэ, на котором создается напряжение отрицательной обратной связи ООС по постоянному току U.

Для устранения ООС по переменному току при наличии входного переменного сигнала резистор Rэ шунтируют конденсатором Сэ, сопротивление которого на частоте усиливаемого сигнала должно быть незначительным.

Аналитический расчет коэффициентов усиления по току, напряжению и мощности, а также входного и выходного сопротивлений производится по эквивалентным схемам усилительного каскада для различных диапазонов частоты входного сигнала.

 








Date: 2015-05-04; view: 265; Нарушение авторских прав



mydocx.ru - 2015-2021 year. (0.011 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию