- •1.Биполярные транзисторы. Основные характеристики: входные, выходные, проходные. Электрические и экспоненциальные параметры.
- •2.Каскад с оэ: схема включения, значения параметров Rвх, Rвых, Ku, Ki, φ. Достоинства и применение.
- •3. Каскад с ок: схема включения, значения параметров Rвх, Rвых, Ku, Ki, φ. Достоинства и применение. (эмитерный повторитель).
- •4. Каскад сОб: схема включения, значения параметров Rвх, Rвых, Ku, Ki, φ. Достоинства, недостатки и применение.
- •5. Статические характеристики биполярных транзисторов, h- параметры, схемы замещения транзисторов.
- •6.Транзисторный источник тока. Транзисторный источник тока с заземленной нагрузкой.
- •12. Режимы работы транзисторов: активный (усилительный), инверсный, насыщения.
- •13. Классы усиления: a, b, ab, c, d. Достоинства и недостатки. Применение.
- •14. Усилители мощности. Однотактные и двухтактные усилители. Схемы включения.
- •15. Составные транзисторы: схемы Дарлингтона и Шиклаи. Применение.
- •17. Следящая связь (пос). Схема. Применение.
- •1 8.Эффект Миллера.
- •19. Полевые транзисторы (мдп (моп) – транзисторы). По способу создания канала (с p-n переходом, встроенным и индуцированным каналом). Входные и выходные характеристики.
- •20.Достоинства полевого транзистора по сравнению с биполярным транзистором. Недостатки. Достоинства полевого транзистора с p-n переходом. Недостатки.
- •21. Схемы включения полевых транзисторов: общий исток, общий сток, общий затвор
- •22. Бтиз (igbt) – биполярный транзистор с изолированным затвором. Достоинства по сравнению с моп.
- •29. Дифференциальные усилители (ду). Схема включения. Ду в режиме покоя, в режиме усиления противофазного сигнала, в режиме усиления синфазного сигнала. Способ улучшения свойств усилителя (схема).
- •Ду в режиме усиления противофазного сигнала
- •Способы компенсации начального напряжения смещения. Схема.
- •Ду с динамической нагрузкой. Схема.
- •Операционные усилители (оу). Графическое изображение. Упрощенная схема оу.
- •Классификация оу по типам входных каскадов: бпт, пт, супер - бпт, с гальванической изоляцией входа от выхода, варикап.
- •34.Динамическое питание оу. Недостаток
- •35.Параметры оу(входные,выходные,динамические)
- •3 6 Инвертирующий усилитель.
- •37.Неинвертирующий усилитель,преобразователь тока в напряжение.
- •38.Сумматоры и вычитатели.
- •39.Интергратор и дифференциатор
- •40.Компаратор. Схемы, недостатки.
- •4 2. Генераторы синусоидальных колебаний. Условия для работы схемы в режиме генерации.
- •43. Генераторы гармонических сигналов. Схема. Достоинства и недостатки.
- •45.Кварцевый генератор. Схема. Достоинства и недостатки.
- •46.Мультивибраторы (генераторы прямоугольных колебаний). Схема.
- •47. Электронные схемы на оу
- •48.Компенсационные. Параметрические. Достоинства и недостатки.
- •49.Компенсационные источники питания. Параметрические. Достоинства и недостатки.
- •5 0. Повышающий стабилизатор. Схема. Принцип работы.
- •51.Функциональная схема ключевого источника питания (принципиальная схема). Принцип работы.
- •52.Последовательный компенсационный стабилизатор напряжения на транзисторе. Схема и принцип работы.
- •56.Источники опорного напряжения. Задание рабочего тока стабилитрона, источника тока на оу. Стабилитронные интегральные микросхемы.
- •Задание рабочего тока стабилитрона
- •Регулируемый стабилизатор
52.Последовательный компенсационный стабилизатор напряжения на транзисторе. Схема и принцип работы.
VT2 открывается/закрывается таким образом, чтобы поддерживать на выходе напряжение, кот. задаст на базе 5,3В.
Если напряжение на выходе увеличилось, то и напряжение база-эмиттер увеличивается (Uэ=const); это вызывает приоткрываниеVT2 и увеличение тока через него, увеличение UR1, а, следовательно, уменьшение UVT1 и UВЫХ.
Изменяя часть подаваемого на базу напряжения с помощью R3, мы изменяем Uвых.
R4 и VT3 –– для защиты от к.з.
При увеличении выходного тока увеличивается UR4. При достижении им 0,6ВVT3 открывается, что препятствует увеличению выходного тока, т.к. Uбэ1 не увеличивается.
56.Источники опорного напряжения. Задание рабочего тока стабилитрона, источника тока на оу. Стабилитронные интегральные микросхемы.
Источники опорного напряжения
От качества источника опорного напряжения зависит выходное напряжение изделия.
При выборе источника опорного напряжения необходимо учитывать:
Температурную и временную стабильность и точность, лежащую в их основе физического эффекта;
Величину тока и напряжения стабилизации, при которых температурная и временная нестабильность имеет минимальное значение (ТКИ→0, ТКС→0).
Минимальное динамическое сопротивление зависит от напряжения и тока стабилизации. Минимальный разброс напряжений стабилизации – 6 В, мин ТКН – 3-5 В (3 В – для 10 mA, 5 В – для 10 мкА).
Задание рабочего тока стабилитрона
D Aсравнивает напряжения между входами и устанавливает на выходе такое напряжение, чтобы разница была равна 0.
U И = UНИ =>Uвых = 10В
Д елитель R2-R3 задаёт выходное опорное напряжение, R1 задаёт ток через стабилитрон:
Не зависит от Iнагр.
Регулируемый стабилизатор
М икросхема TL431 (2,5..35 В), TL432 (1,25..15 В)
Iст≤100 mA
В ысокая точность ( )
Высокая температурная стабильность (10 pps/ºC)
Основные параметры и характеристики электронных усилителей
Усилители - устройства, предназначенные для увеличения параметров электрического сигнала (напряжения, тока, мощности).
Усилитель имеет входную цепь, к которой подводится усиливаемый сигнал, и выходную цепь, с которой выходной сигнал снимается и подается в нагрузку.
УПТ – усилитель постоянного тока
УЗЧ – усилитель звуковых частот
УНЧ – усилитель низких частот
УВЧ – усилитель высоких частот
ШПУ – широкополосные усилители
УПУ - узкополосные усилители
Δf = fв-fн - полоса пропускания или полоса усиливаемых частот.
Основные параметры:
Амплитудно-частотная характеристика отражает зависимость модуля коэффициента усиления , определяемого для синусоидального входного сигнала от частоты. Однако очень редко один усилительный каскад обеспечивает требуемый коэффициент усиления. Поэтому применяют много каскадные усилители с конденсаторной связью между каскадами, общий коэффициент усиления которых определяется как произведение коэффициентов усиления всех каскадов
.
.
Каскады рассчитываются последовательно от оконечного к первому. Оконечный каскад обеспечивает получение требуемой мощности сигнала на нагрузке . По коэффициенту усиления оконечного каскада определяют параметры его входного сигнала, являющиеся исходными для расчета предоконечного каскада и.т.д. Наличие в схеме усилителя конденсаторов и зависимость параметров усилителя от частоты приводит к тому, что при изменении частоты входного сигнала напряжение на выходе усилителя изменяется не только по амплитуде, но и по фазе.
Поэтому второй характеристикой усилителей является фазо-частотная характеристика (ФЧХ), определяющая зависимость угла фазового сдвига от частоты.
Усилительный каскад задерживает сигнал на какое-то время. Каждые гармонические составляющие задерживаются на разное время.
Амплитудная характеристика усилителя (реальная):
П о амплитудной характеристике можно выделить следующие основные параметры усилителя:
Коэффициент усиления по току ;
Коэффициент усиления по напряжению
Коэффициент усиления по мощности ;
Чувствительность усилителя— минимальное значение входного сигнала, при котором полезный сигнал на выходе уже различим на уровне помех (при отношении сигнал - шум)
Динамический диапазон - отношение амплитуды максимально допустимого выходного напряжения к минимально допустимому, при которых не возникает искажение .
Расчёт каскада с общим эмиттером по постоянному и переменному току.
Расчёт может осуществляться либо слева направо, либо справа налево. Слева направо.
Дано: Rg = 1кОм U = 20В h21 = 100 kU = 20 fн = 200 δн = 6дБ
Найти: R1, R2, Rк, Rэ1, Rэ2, Rн,C1,2, C3.
По постоянному току:
1.
Шина питания по постоянному току эквипотенциальна земле (через Сф)
2. Rвх = Rэ1h21 = 10Rд = 100k => Rэ1 = 1кОм
3. Rэ/Rк = 0,1 – 0,3 => Rк = 5.1кОм
4. RH=l0Rвых = 51кОм
(Rвых = Rкб||Rк)
5. Uк = Uп/2=>Iк = Uп/2·1/Rк = 2мА
6. Uэ = IэRэ1 = 2В
7. Uб =Uэ+ 0,6 = 2,6В
8. R1/R2 = 17,4/2,6 = 6,7
9. => R2 = 77/6.7 = 11кОм = 12кОм
R1 = 75кОм = 82кОм 10. rэ0 = φТ/Iк = 25/2 = 12,5Ом
По переменному току:
11. kU = Rк/(Rэ+rэ0) => Rэ+rэ0 = 255Ом => Rэ = 242,5Ом
Rэ1·Rэ2/(Rэ1+ Rэ2) = 242,5Ом
Rэ1 = 1кОм => Rэ2 = 330Ом
12. δэ = 0,5 δ = 3дБ
При понижении частоты, ёмкостное сопротивление Сэ возрастает, увеличивается эквивалентное сопротивление в эмиттерной цепи и уменьшается коэффициент усиления.
Z/R = √2 => R = Xc = Rэ2+rэ0 = 342,5Ом
13.δ1 = δ2 = 1,5дБ
14.
=>XC = 6,44кОм
C1 = 120нФ
15. δ1 = δ2 = 1,5дБ
Rн/Rд = 5 => XC2/XC1 = 5 => C1/C2 = 5 =>C2 =33нФ
Последовательная ОС по напряжению
При последовательной обратной связи по напряжению с сопротивления нагрузки усилителя снимается часть выходного напряжения , которое во входной цепи алгебраически складывается с .
Напряжение обратной связи Uос = χUвых где χ – коэффициент ОС.
χ = R2/(R1+R2) ≈R2/R1 (обычно R1<<R2).
Прежде всего рассмотрим влияние последовательной ОС по напряжению на коэффициент усиления по напряжению. Для усилителя, охваченного обратной связью,
кuoс = Uвых/(Uвх±Uос) = Uвых/[Uвх(1±χкu)]
но коэффициент усиления по напряжению усилителя без обратной связи кu = Uвых/Uвх, поэтому после проведения преобразования для ООС можно записать:
Киос=ки/(1+χки).
При ПОС в знаменателе правой части следует использовать знак «минус».
Введем понятие глубины обратной связи F. Для ООС F = 1+χкu. Отсюда следует, что глубина ООС возрастает при увеличении χ и Ки, При очень глубокой ООС F = χкu, , поэтому в данном случае можно записать
кuос = 1/χ = (R1+R2)/R2
Вывод: при глубокой ООС (F>10) удается практически полностью исключить влияние параметров транзистора и всего усилителя на его КиОС. Не будут влиять такие факторы, как изменение температуры, радиационное воздействие, разброс параметров, старение и др. Таким образом, можно утверждать, что введение глубокой последовательной ООС по напряжению обеспечивает стабильность усиления по напряжению.
Улучшение стабильности коэффициента усиления с помощью ООС широко используется для расширения АЧХ усилителя. При отклонении в области НЧ или ВЧ уменьшается Ки, но уменьшается и глубина ООС, т.е. 1+ χ Ки. В результате КиОС изменяется слабо и реализуется АЧХ с широкой полосой пропускания.
Улучшение
стабильности коэффициента усиления с
помощью ООС
широко используется для расширения
АЧХ усилителя
Отсюда следует, что последовательная ООС по напряжению увеличивает входное сопротивление усилителя в F раз.
Выходное сопротивление усилителя с ООС определяется способом снятия сигнала обратной связи с выхода устройства. При последовательной ООС по напряжению Uвьч усилителя меньше зависит от тока нагрузки, что соответствует уменьшению его выходного сопротивления. Для рассматриваемого вида ООС можно записать
Rвых.ос = Rвых/F
Отсюда следует, что последовательная ООС по напряжению уменьшает выходное сопротивление в F раз. Таким образом, чем глубже ООС, тем меньше Rвых.ос. Изложенное выше позволяет заключить, что последовательная ООС по напряжению уменьшает и стабилизирует коэффициент усиления по напряжению, снижает как линейные, так и нелинейные искажения, повышает входное сопротивление и уменьшает выходное сопротивление усилителя.
Последовательная ОС по току
При последовательной обратной связи по току в выходной цепи усилителя включается специальный резистор ,
падение напряжения на котором
пропорционально выходному току.
Во входной цепи усилителя это алгебраически складывается с входным напряжением.
.
При глубокой ООС по току эту формулу можно преобразовать к следующему виду:
Последовательная ООС по току, как и по напряжению, уменьшает частотные искажения (расширяет полосу пропускания АЧХ) и нелинейные искажения усилителя. Введение ООС снижает также влияние помех и наводок, проникающих в усилитель.
Входное сопротивление усилителя с ООС определяется способом подачи сигналов во входную цепь
Наиболее существенное отличие последовательных ООС по напряжению и току проявляется через величину RвыхОС. Выходное сопротивление усилителя с ООС определяется способом снятия сигнала обратной связи с выхода устройства. При этом способ подачи сигнала ООС во входную цепь не играет никакой роли. Для RвыхОС усилителя, охваченного ООС по току, можно записать следующее выражение:
откуда следует, что выходное сопротивление возрастает. Таким образом, рассматриваемая ООС приводит к увеличению RвьхОС, причем тем в большей степени, чем глубже обратная связь.
Изложенное выше позволяет заключить, что последовательная ООС по току стабилизирует коэффициент усиления по напряжению при постоянной нагрузке, снижает искажения, повышает входное и выходное сопротивления усилителя.
Параллельная ОС по току
При параллельной обратной связи по току в выходной цепи усилителя включается специальный резистор R, падение напряжения на котором пропорционально выходному току. Это напряжение образует во входной цепи ток обратной связи, протекающий через специальный дополнительный резистор Rос. Во входной цепи усилителя происходит алгебраическое сложение Iос и тока входного сигнала. На рисунке приведена структурная схема усилителя с параллельной обратной связью по току. Здесь , а коэффициент обратной связи по току Глубина ООС по току
Коэффициент усиления по току
где - коэффициент усиления по току без ООС. При глубокой параллельной ООС по току
Отметим также, что введение параллельной ООС по току уменьшает как линейные, так и нелинейные искажения токовых сигналов.
Так как входное сопротивление усилителя в ООС определяется лишь способом подачи сигнала обратной связи во входную цепь, то для параллельной ООС можно записать:
.
Здесь во входной цепи усилителя алгебраически складываются токи. Таким образом, параллельная ООС уменьшает RвхОС, причем величина RвхОС обратно пропорциональна глубине ООС по току.
Как было выше показано, ООС по току способствует увеличению выходного сопротивления усилителя. Для параллельной ООС по току RвыхОС может быть рассчитано по следующей приближенной формуле:
Изложенное выше позволяет заключить, что параллельная ООС по току уменьшает и стабилизирует коэффициент усиления по току, снижает искажения токовых сигналов, уменьшает входное и увеличивает выходное сопротивления усилителя.
Параллельная ОС по напряжению
При параллельной обратной связи по напряжению с сопротивления нагрузки снимается выходное напряжение, которое во входной цепи образует ток обратной связи, протекающий через специальный резистор. На рисунке приведена структурная схема усилителя с параллельной обратной связью по напряжению. Хотя во входной цепи усилителя алгебраически складываются токи, при анализе усилителя с параллельной ООС по напряжению часто используют коэффициент обратной связи по напряжению . При этом необходимо учитывать шунтирующее влияние входной цепи усилителя, поскольку в данном случае Rвх . Поэтому можно представить в следующем виде:
.
Выделение напряжения во входной цепи усилителя происходит на сопротивлениях .
За счет малого Rвх на внутреннем сопротивлении источника сигнала Rг будет теряться солидная доля Ег В результате ко входу усилителя прикладывается напряжение
.
Коэффициент усиления по напряжению при глубокой параллельной ООС по напряжению:
.
При параллельной ООС по напряжению КиОС стабилен при Таким образом, при глубокой параллельной ООС по напряжению можно исключить влияние внешних факторов на величину Ки0с, уменьшить линейные и нелинейные искажения. Однако такой усилитель совершенно не подходит по своим свойствам для входного каскада многокаскадного усилителя, в частности, из-за его высокой, чувствительности к изменению Rг. Усилители с параллельной ООС по напряжению рекомендуется использовать в качестве промежуточных и выходных каскадов.
Вывод: параллельная ООС по напряжению стабилизирует коэффициент усиления по напряжению при постоянном сопротивлении источника сигнала, снижает искажения, уменьшает входное и выходное сопротивления усилителя.
Резонансные преобразователи
ПНТ: переключаются при нулевом токе
ПНН: переключаются при нулевом напряжении
Пример резонансного ПН
Достоинства резонансных преобразователей:
невысокая скорость нарастания напряжения на силовом VT, что позволяет работать на более высоких частотах
меньшая амплитуда высших гармоник, что уменьшает создаваемые радиопомехи
Недостатки:
сложность схем управления и трудность стабилизации выходного напряжения при изменяющемся сопротивлении нагрузки.