Методические указания. К п 2.1. Работая над материалом этой темы , в первую очередь следует хорошо изучить схемы , принцип действия

К п 2.1. Работая над материалом этой темы, в первую очередь следует хорошо изучить схемы, принцип действия, особенности работы отдельных усилительных каскадов. Нужно уметь проводить графоаналитический анализ работы усилительного каскада: строить нагрузочную прямую, определять положение рабочей точки на семействах входных и выходных характеристик, находить, пределы изменения токов и напряже­ний, строить кривые коллекторного и входного токов и выходного напряжения, вычислять значения коэффициентов усиления по току и напряжению. Важно уметь нарисовать и проанализировать эквивалентную схе­му усилительного каскада, объяснить особенности его работы во всем; диапазоне рабочих частот, уметь получить аналитические выражения для вычисления основных параметров каскада (коэффициенты усиления по току и напряжению, входное и выходное сопротивления). Нужно уметь нарисовать и объяснить ход амплитудно- и фазочастотной характеристик каскада, отчетливо представлять, каким образом те или иные элементы схемы влияют на частотные характеристики, каким образом можно расширить диапазон рабочих частот. Учитывая сильную зависимость параметров и характеристик транзисторов от температуры, следует обратить внимание на способы температурной стабилизации режимов, познакомить­ся с наиболее распространенными схемами (схема с коллекторной и эмиттер ной стабилизацией) стабилизации рабочего режима, уметь получить выражение для коэффициента температурной нестабильности. При изучении усилителей мощности нужно разобраться с принципом действия однотактных и двухтактных каскадов усиления, понимать назначение и особенности работы выходного трансформатора, уметь объяснить ход амплитудно-частотной характеристики. Полезно ознакомиться со схемами бестрансформаторных усилителей мощности.

К п.2.2. В схемах многокаскадных усилителей важно знать назначение и виды междукаскадных связей (RC-, трансформаторная, резонансная, гальваническая), особенности их влияния на результирующую частотную характеристику усилителя.

К п.2.3. Рассматривая усилители постоянного тока, следует прежде всего уяснить причины нестабильности уровня выходного сигнала при неизменном входном сигнале, способы согласования потенциальных уровней в многокаскадных УПТ. Особое внимание надо обратить на параллельные балансные каскады, получившие наибольшее распространение; нужно уметь нарисовать схему такого каскада, объяснить назначение элементов схемы и принцип ее действия, изобразить и объяснить ход амплитудно-частотной характеристики, знать, что такое дифференциальные и синфазные входные и выходные сигналы и коэффициенты усиления. Желательно ознакомиться с принципами построения многокаскадных схем УПТ на базе балансных каскадов, в том числе и в интегральном исполнении.

К п.2.4. Обратные связи вводятся для улучшения параметров и характеристик усилителей, а также для расширения их функциональных возможностей. Следует отчетливо представлять, что такое положительная и отрицательная, последовательная и параллельная обратная связь, обратная связь по току и напряжению. Уметь нарисовать структурную схему усилителя, охваченного последовательной обратной связью по току и напряжению, получить аналитические выражения для входного и выходного сопротивлений, коэффициентов усиления по току и напряжению усилителей с обратной связями, показать, как влияет вид обратной связи на амплитудно-частотную характеристику и рабочий частотный диапазон усилителя. Параллельная обратная связь широко используется в операционных усилителях. Нужно уметь нарисовать структурную схему суммирующего, интегрирующего и дифференцирующего усилителей и получать выражения для выходного напряжения таких усилителей.

К п.2.5. при изучении последовательного стабилизатора напряжения следует уяснить принцип действия и уметь нарисовать схему стабилизатора.

Вопросы для самопроверки

1. Изобразите типовые схемы усилительных каскадов на биполярных транзисторах при включении последних с ОБ, ОЭ и ОК. Поясните назначение элементов схемы.

2. Что такое режим каскада по постоянному току? На примере усилительного каскада с ОЭ покажите, какие элементы схемы выдают положение точки покоя. Почему? Как влияет изменение температуры на положение рабочей точки? Каким образом можно осуществить температурную стабилизацию каскада? Что такое коэффициент температурной нестабильности?

3. Что такое амплитудно-частотная характеристика? Рабочий частотный диапазон? Какие элементы схемы определяют ход АЧХ в области низких частот? Высоких?

4. Вывести выражения для коэффициентов усиления по току и напряжению в схеме с ОЭ для области средних частот. Покажите возможные способы увеличения коэффициентов усиления.

5. Изобразите схему усилителя на полевом транзисторе с общим истоком, объясните назначение элементов схемы. Проанализируйте выражение для коэффициента усиления по напряжению.

6. Изобразите схему однотактного и двухтактного усилителей мощности. Объясните принцип их действия, используя временные диаграммы токов и напряжений. Поясните назначение выходного трансформатора. В каких классах усиления преимущественно работают однотактные и двухтактные каскады усиления мощности?

7. Изобразите различные виды междукаскадных связей в многокаскадных усилителях, укажите их достоинства и недостатки. Как меняется коэффициент усиления схемы при введении межкаскадных связей? Какой вид будет иметь АЧХ двухкаскадного усилителя, если известны АЧХ каждого из каскадов в отдельности?

8. В чем заключаются трудности построения каскадов усиления постоянного тока на транзисторах? Приведите схему параллельного балансного каскада, объясните принцип его действия. Что такое дифференциальный коэффициент усиления? Нарисуйте и объясните АЧХ УПТ.

9. Приведите структурную схему усилителя с последовательной обратной связью по напряжению. Что такое коэффициент передачи напряжения обратной связи? попытайтесь вывести выражение для коэффициента усиления по напряжению усилителя с обратной связью. Проанализируйте его. Изобразите АЧХ усилителя без ОС, с отрицательной и положительной последовательной ОС по напряжению.

10. Изобразите структурную схему усилителя с параллельной обратной связью по напряжению. Получите выражение для коэффициента усиления в общем виде. Что представляет собой суммирующий усилитель? Интегрирующий? Дифференцирующий? Какой вид будет иметь выходное напряжение интегрирующего усилителя, если на его вход подано знакопеременное напряжение без постоянной составляющей?

11. Нарисуйте принципиальную схему последовательного стабилизатора напряжения, поясните принцип действия.

Тема 3. Элементы импульсной техники.

3.1. Простейшие формирователи электрических сигналов.

Формирователи импульсов на базе одно- и двухсторонних ограничителей. Амплитудные селекторы. Дифференциальные и интегрирующие цепочки. Транзисторные ключи. [ 1, 2.14, 3.9; 2, 7.2, 7.7 ].

3.2. Триггеры

Назначение и типы триггеров. Симметричные триггеры с внешним смещением. Триггеры с эмиттерным смещением. Способы запуска триггеров. [ 1, 3.5; 2, 7.3 ].

3.3. Ждущие мультивибраторы.

Назначение ждущих мультивибраторов. ЖМ с коллекторно-базовыми связями. ЖМ с эмиттерной связью. Способы запуска ЖМ и способы регулирования длительности импульсов. [1, 3.7; 2, 7.4 ].

3.4. Мультивибраторы в автоколебательном режиме.

Мультивибратор с коллекторно-базовыми связями в автоколебательном режиме.Способ регулирования частоты повторения и длительности импульсов. Схемы с улучшенной формой выходных импульсов. [1, 3.6; 2, 7.4; 3, c.123-135 ].

3.5. Генераторы линейно-изменяющегося напряжения.

Основные параметры линейно-изменяющегося напряжения (ЛИН). Принципы получения ЛИН. Схемы генераторов ЛИН. [1, 3.8; 2, 7.6 ].

3.6. Логические устройства.

Назначение и типы логических устройств. Понятие об основных логических операциях вида НЕ, И, ИЛИ. Диодные, триодные и диодные и диодно-триодные логические элементы. [1, 3.10 ].

Методические указания

Изучая материал данной темы, необходимо обратить внимание на то, что в подавляющем большинстве устройства импульсной техники функции активного элемента выполняет транзисторный ключ. Поэтому следует прежде всего уметь изобразить схему транзисторного ключа, пояснить, в чем заключается сущность ключевого режима работы, каким образом обеспечиваются режимы отсечки и насыщения, уметь произвести расчет параметров основных схем. В исходном состоянии транзисторный ключ может быть либо закрыт. либо открыт.

Например, триггер можно рассматривать как два соответствующим образом соединенных ключа первого вида, а автоколебательный мультивибратор – два ключа второго вида. Для работы элементов импульсной техники важное значение имеют динамические параметры транзисторов, поэтому при изучении транзисторных ключей следует обратить внимание на переходе процессы включения.

Изучая тот или иной элемент импульсной техники, нужно уметь изобразить его принципиальную схему, пояснить назначение элементов схемы и принцип ее действия, нарисовать временные диаграммы напряжений. Знать способы запуска триггера (раздельный и счетный, в базовые цепи и в коллекторные) и ждущего мультивибратора. Уметь показать контуры, по которым осуществляется заряд и разряд конденсаторов, определяющих длительность импульсов, формируемых мультивибраторами, уметь получить аналитическое выражение для длительности импульса, знать способы ее регулирования. Следует представлять принцип формирования линейно-изменяющегося напряжения, уметь нарисовать и объяснить принцип действия простейших генераторов ЛИН, использующих заряд конденсаторов через резистор или стабилизатор тока с последующим разрядом через транзисторный ключ.

Желательно познакомиться с принципиальными схемами логических элементов в интегральном исполнении, а также с применением логических элементов типа И-НЕ, ИЛИ-НЕ и других для создания триггеров, ждущих и автоколебательных мультивибраторов и т.д.

Вопросы для самопроверки

1. Приведите и объясните принцип действия диодных ограничителей. Укажите возможности их применения.

2. Приведите схемы дифференцирующей и интегрирующей цепочек, формулы, устанавливающие связь между входными и выходными сигналами. Как влияет соотношение между постоянной времени цепочек и длительностью входного импульса на форму выходного сигнала?

3. Приведите схему транзисторного ключа, поясните назначение элементов. Покажите на семействе выходных характеристик нагрузочную прямую и положение рабочей точки в режимах насыщения и отсечки. Условия, обеспечивающие надежное открытое и закрытое состояние транзистора.

4. Приведите типовую схему симметричного триггера с внешним смещением. Объясните принцип действия, постройте диаграммы выходных импульсов. в чем заключаются отличительные особенности раздельного и счетного запуска. приведите схему раздельного запуска в базовые цепи; счетного запуска в коллекторной цепи. каково назначение ускоряющих конденсаторов?

5. Нарисуйте схему ждущего мультивибратора и диаграммы напряжений. какие параметры схем определяют форму и длительность импульса? Что такое время восстановления? Покажите контур, по которому проходит заряд конденсатора; его разряд. Как изменяется графики напряжений, если величину емкости конденсатора увеличить, например, вдвое?

6. Приведите схему, временные диаграммы и объясните принцип действия мультивибратора в автоколебательном режиме.

7. Приведите схему и временные диаграммы напряжений простейшего генератора ЛИН с разрядным транзистором. Какие параметры схемы влияют на линейность рабочего участка формируемого напряжения? Почему? Пути повышения линейности.

8. Изобразите диодно-транзисторные схемы, выполняющие операции И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Объясните принцип их работы, полагая, например, что логические элементы трехвходовые.

Тема 4. Выпрямители переменного тока.

Назначение выпрямителей. Структурная схема выпрямителя. Классификация выпрямительных схем. Работа на активную нагрузку при идеальных вентилях и трансформаторах выпрямителей, выполненных по схемам: однофазной с выводом нулевой точки и однофазной мостовой, трехфазной с выводом нулевой точки и трехфазной мостовой. Сравнение схем выпрямления и области их применения.

Особенности работы выпрямителя на активно-емкостную и активно-индуктивную нагрузку.

Пульсации выпрямленного напряжения и тока. Сглаживающие фильтры: емкостные, индуктивные, Г-образные типа PC и LC. Коэффициент сглаживания. Выбор элементов фильтров. Рациональные области применения различных фильтров.

Влияние внутренних сопротивлений вентилей и трансформаторов на работу маломощных выпрямителей. Внешние характеристики маломощных выпрямителей. [ 1, 1.5, 1.6, 1.7, 7.6, 7.7, 7.8, 2, 5.1, + 5.8, 3, c.136-150, 154-164 ].