Основы РЭА_лекция 5-тезисы

Основы РЭА, Флёров А.Н, 2013

Лекция №5 тезисы

Усилители

Усилители предназначены для усиления электрических сигналов

(напряжений, токов, зарядов)

Обозначения:

Рис.5.1 Обозначения усилителей

Краткая классификация.

В зависимости от назначения и типа обрабатываемого сигнала усилители

делятся:

1) Усилители постоянного тока (УПТ) или напряжения; I₌, (U₌). Усиливают в полосе частот от 0 до F_в. Недостаток: дрейф нуля на выходе (изменение выходного U при отсутствии входного сигнала под воздействием различных факторов).

Разновидность - дифференциальный УПТ. Имеет два входа, реагирует на разность входных сигналов. На базе дифференциальных УПТ построены операционные усилители.

2) Усилители низкой частоты (УНЧ). Для усиления сигналов переменного тока или напряжения I_~, (U_~) в диапазоне частот от F_н÷F_в (F_н>0, F_в≈до100-200 кГц)

3) Широкополосные усилители. Работают с переменным и постоянным токами. Усиливают в диапазоне F_в≈1-1000 мГц.

Требование: постоянство коэффициента усиления в этом диапазоне частот.

4) Частотно-избирательный усилитель (усилитель высокой частоты, УВЧ). усиливают в диапазоне частот F_н÷F_в=∆F, – центральная рабочая частота.

5) Усилители мощности. Обладают небольшим коэффициентом передачи по U и большим по I (и Р).

- линейные;

- двухтактные (с высоким КПД)

6) Усилители высокой чувствительности.

Обладают большим коэффициентом усиления, предназначены для усиления слабых сигналов, сказываются шумы.

7) Прочие Логарифмические усилители, усилители заряда…

Основные внешние характеристики усилителя.

1. Коэффициент усиления по U. (5.1)

K_U – амплитудно-частотная характеристика; φ(ω) – фазочастотная характеристика.

2. Коэффициент усиления по I. (5.2)

3. Коэффициент усиления по Р.

(5.3) (5.4) (5.5)

4. Переходная характеристика. Реакция усилителя на входное воздействие (U) в виде единичного скачка

Рис.5.2 переходная характеристика

5. Ширина полосы пропускания.

Рис.5.3 АЧХ усилителей (УПТ, УНЧ, УВЧ)

6. Нелинейные искажения (характеризуют качество усилителя).

Вызваны наличием нелинейных элементов, обогащающих спектр выходного сигнала

(5.6)

7. Помехи на выходе. - фон переменного тоеа; - собственные шумы (усилителя или источника сигнала). Характеризуется коэффициентом шума усиления (отношение шума на выходе к сигнал-шум на входе)

N_ш = h_вых / h_вх, h = P_c/P_ш (5.7)

P_ш=4kTFRe[z] ф-ла Найквиста (5.8)

8. Чувствительность усилителя. Пороговая и реальная; Пороговая чувствительность –это такой уровень входного сигнала (Uп или Рп) при котором на выходе отношение сигнал-шум равно 1. Реальная чувствительность - субъективная характеристика, связана с пороговой через коэффициент различимости q >1 (субъективный). U_р=qU_п

9. Входное и выходное сопротивление усилителя.

Рис.5.4 Эквивалентная схема усилителя

, (5.9)

При R_г<<R_вх Uвх =U_Г

, (5.10)

При R_вых<<R_н Uвых =U_хх (5.11)

Основные схемы включения транзисторов в усилителях

Рис.5.5 схемы включения транзисторов в усилителях

Сравнительные характеристики схем включения

	KU	KI	KP	Rвх	Rвых
ОЭ	>1	>1	I	<ОК >ОБ	>ОК <ОБ	Инвертируют
ОК	<1	>1	II	велико	мало	Не инвертируют (эмитерный повтор.) Используется как устр-во согласования Rг и Rн (Rг > Rн)
ОБ	>1	<1	III	мало	велико	Не инвертируют (токовый повторитель)

Обратная связь (ОС) в усилителях

ОС значительно изменяет основные показатели (характеристики) усилителя.

Обратная связь - определяется как связь выходной цепи с его входной цепью, она образуется когда сигнал передаётся с выхода на вход через внешнюю цепь (внешняя ОС) или уже имеющуюся связь – внутренняя ОС.

Рис. 5.6 Структурная схема усилителя с ОС

На входе сигнал ОС и входной сигнал алгебраически суммируются. Возможны два принципиально отличных по конечному результату случая:

если фазы колебаний на входе и сигнала обратной связи совпадают (сложение), то это положительная обратная связь (ПОС);

если фазы противоположны (вычитание), то это отрицательная обратная связь (ООС).

Как правило ПОС «дестабилизирует» параметры усилителя, а ООС – «улучшает». При определённых условиях ПОС превращает усилитель в автогенератор.

Способы получения и виды отрицательной обратной связи (ООС)

ООС – основной вид обратной связи в усилителях.

Название ООС = способ снятия сигнала ОС с выхода усилителя + способ заведения сигнала ОС на вход усилителя.

1) Способы снятия сигнала ООС:

по напряжению и по току (характеризуют способ снятия сигнала с выхода

усилителя)

Рис. 5.7 Способы снятия сигнала ООС

2) Способы заведения сигнала ООС:

2-ва способа заведения ОС на вход: последовательный и параллельный

Рис. 5.8 Способы заведения сигнала ООС

Т.о. возможны 4 типа ООС, название которых состоит из 2-х слов:

1) заведение на вход; 2) снятие с выхода.

1. Параллельная ООС по напряжению:

Рис. 5.9

I_б=I_вх+I_ос (5.12)

2. Последовательная ООС по току:

Рис. 5.10

U_бэ=U_вх+U_ос (U перехода Б-Э) (5.13)

3. Параллельная ООС по току

Рис. 5.11

4. Последовательная ООС по напряжению:

Рис. 5.12

Изменение параметров и характеристик усилителя под влиянием ОС

1) Влияние ОС на коэффициент передачи

(см. рисунок рис. 5.6)

U=U_вхU_ос (+ ПОС, - ООС) (5.14)

(5.15)

Решение системы относительно U_вых:

(5.16)

(5.17)

- коэффициент передачи усилителя охваченного ОС с коэффициентом передачи (- ПОС; +ООС)

(5.17)

-петлевой коэффициент передачи

(5.18)

- глубина обратной связи

При ООС коэффициент передачи уменьшается

При ПОС коэффициент передачи усилителя увеличивается

При k=1  К_ос стремится к (автогенератор)

2) Влияние ОС на полосу пропускания

ООС расширяет ПП усилителя и делает её более равномерной

ПОС – сужает, неравномерность

3) Влияние ОС на входное и выходное сопротивление

- последовательная ООС увеличивает входное сопротивление;

- параллельная ООС уменьшает входное сопротивление;

- ООС по напряжению уменьшает выходное сопротивление;

- ООС по току увеличивает выходное сопротивление.

ПОС (п.3) - наоборот

9