- •ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
- •А. Г. Григорьев А. И. Громыко
- •Оглавление
- •Введение
- ••Целью изучения дисциплины «Схемотехника АЭУ» является формирование знаний и навыков исследования и проектирования
- •Программа дисциплины САЭУ
- •Библиографический список
- •Библиографический список
- •Библиографический список
- •В электронике носителями информации являются электрические (электромагнитные) сигналы.
- •Детерминированный процесс может быть задан математически вполне определенной функцией времени.
- •Для колебания модулированного по амплитуде имеем:
- •Для спектрального представления периодических сигналов наибольшее практическое применение нашло разложение в виде суммы
- •Периодическая последовательность импульсов (а) и их частотный спектр (б): 1/Т – частота повторения
- •Коэффициенты an, b n вычисляются по формулам:
- •Введение понятия частотного спектра сигнала позволяет сопоставить свойства канала связи (его широкополосность)
- •Спектральная плотность одиночного импульса с амплитудой А и длительностью u
- •Для непериодического сигнала, значение частоты первой гармоники, и интервал между соседними гармониками будет
- •Предельный переход от дискретного ряда Фурье к сигналу с Т описывается интегралом Фурье
- •Усиление сигналов в АЭУ
- •Принцип усиления электрических сигналов можно рассматривать, как процесс преобразования энергии источника питания в
- •Практически все усилительные устройства строятся
- •Всостав каждого усилительного каскада обязательно входит собственно усилительный элемент и вспомогательные цепи:
- •Классификация усилителей
- •Энергетические показатели:
- •Спектральные показатели:
- •Временные показатели:
- •Входные и выходные параметры
- •Выходные параметры:
- •Cквозной коэффициент усиления по току:
- •Амплитудная характеристика
- ••Для оценки динамического диапазона (дБ) используют равенство
- •Динамическая характеристика (ДХ) – зависимость мгновенного значения выходной величины (или)
- •В усилителях уровень нелинейных искажений оценивают с помощью коэффициента гармоник:
- •Помехи, фон, шумы
- •Спектральные характеристики
- •Спектральные характеристики
- •Амплитудно-частотные характеристики усилителя
- •ФЧХ, амплитудно-фазовая характеристика –
- •Представив комплексный коэффициент усиления в виде модуля и фазы, исключают переменную и строят
- •Наряду с нелинейными искажениями в усилителе возможны линейные искажения, вызванные наличием
- •Частотные искажения
- •Фазовые искажения определяются отклонением текущего значения угла фазового сдвига , реального усилителя от
- •Временные параметры
- •Между временем установления и верхней граничной частотой по уровню – 3 дБ существует
- •Связь между АЧХ, ФЧХ, ПХ, метод диаграмм Боде
- •Обобщенная эквивалентная схема входной цепи усилителя
- •Эквивалентная схема входной цепи для ВЧ
- •Для построения АЧХ, ФЧХ существует технический прием – метод диаграмм Боде.
- •Динамический режим работы усилителя
- •Динамический режим работы усилителя
- •При выборе положения рабочей точки учитываются:
- •iвых I0 iвых ; uвых U0 uвых ;
- •Входная динамическая характеристика
- •Сквозная динамическая характеристика
- •Режим работы усилительного элемента
- •Режим работы усилителя «В»
- •Режим «АB»
- •Режим «С»
- •Выводы
- •Расчет аналоговых электронных устройств
- •Реостатный каскад
- •Наибольшее применение нашли два метода расчета реостатного каскада.
- •Эквивалентная схема реостатного каскада усилителя для второго метода расчета
- •Первый метод расчета реостатного каскада
- •Электрическая схема реостатного каскада после преобразования и принятых допусков
- •Электрическая схема реостатного для средних частот
- •Эквивалентная схема реостатного каскада для области нижних частот
- •Спонижением частоты падает коэффициент усиления.
- •На высоких частотах:
- •Средние частоты
- •Область нижних частот
- •Схема, поясняющая преобразования источника тока в источник ЭДС
- •Область верхних частот
- •Второй метод расчета реостатного каскада
- •Упрощенная эквивалентная схема усилительного каскада для области средних частот
- •Область нижних частот
- •Область верхних частот
- •Влияние элементов цепи автосмещения на характеристики реостатного каскада
- •Область нижних частот
- •Выводы
- •Импульсные усилители
- •Импульсные усилители
- •Переходная характеристика многокаскадного усилителя
- •Кусочно-линейная аппроксимация
- •Реостатный каскад на полевом транзисторе
- •Каскад с коррекцией в области больших времен
- •Каскад с коррекцией в области больших времен
- •Каскад с коррекцией в области больших времен
- •Выводы
- •Выводы
- •Выигрыш по времени установления при использовании корректированных каскадов при
- •Термостабильность
- •Каскад на биполярном транзисторе
- •Цепи питания электронных схем должны удовлетворять двум основным требованиям:
- •Способ с эмиттерной
- •Цепь с коллекторной стабилизацией режима работы транзистора по постоянному току
- •Расчет термостабильности
- •Эквивалентная схема к расчету термостабильности
- •Эквивалентная схема для расчета термостабильности
- •Схема питания
- •ВАХ полевого транзистора
- ••У полевых транзисторов ток затвора очень мал. У МОП транзисторов эта величина порядка
- •Цепи питания полевого транзистора
- •Коэффициенты чувствительности
- •Выводы
- •Выводы
- ••Для повышения термостабильности используют термокомпенсирующие элементы (диоды, терморезисторы, транзисторы в диодном включении).
- •Широкополосные усилители
- •Широкополосные усилители
- •Широкополосные усилители
- •Простая параллельная коррекция
- •Эмиттерная коррекция
- •Эмиттерная коррекция
- •НЧ коррекция
- •НЧ коррекция
- •НЧ коррекция
- •НЧ коррекция
- •Выводы
- •Выводы
- •Выводы
- •Элементы аналоговых устройств на базе ОУ
- •Элементы аналоговых устройств на базе ОУ
- •Суммирующий усилитель
- •Дифференциатор
- •Источники опорного напряжения
- •Выпрямители и детекторы сигналов
- •Логарифмический усилитель
- •Генераторы гармонических колебаний
- •Преобразователи тока в напряжение
- •Релаксационный генератор
- •Усилитель постоянного тока
- •Выводы
- •Специализированные каскады АЭУ
- •Интегрирующая цепь – ФНЧ
- •Интегрирующая цепь – ФНЧ
- •Интегрирующая цепь – ФНЧ
- •Дифференцирующая цепь – ФВЧ
- •Дифференцирующая цепь – ФВЧ
- •Дифференцирующая цепь – ФВЧ
- •Диаграмма Боде для АЧХ усилительного
- •АЧХ дифференцирующей цепи, построенная в логарифмическом масштабе
- •Интегрирующая цепь
- •Линеаризованная модель усилителя с обратной связью
- ••Усиление усилителя с обратной связью не зависит от параметров исходного усилителя, а полностью
- •Классификация цепей ОС
- •Классификация цепей ОС
- •Классификация цепей ОС
- •Классификация цепей ОС
- •Классификация цепей ОС
- •Структурная схема усилителя с последовательной обратной связью
- •Структурная схема усилителя с последовательной обратной связью по входу
- •Примеры схем с различными видами обратной связи
- •Функциональная и принципиальная электрические схемы усилителя с ООС параллельной по входу и выходу
- •Функциональная и принципиальная электрические схемы усилителя с ООС параллельной по выходу
- •Схемы на биполярных и полевых транзисторах
- •Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером
- •Определение параметров эквивалентной схемы по справочным данным Обычно в справочниках приводятся следующие параметры:
- •Эквивалентная схема биполярного транзистора
- •При RГ 0 коэффициент
- •Полевой транзистор в схеме с общим истоком
- •Эквивалентная схема полевого транзистора после преобразования
- •Шумовые эквивалентные схемы
- •Схемы на биполярных и полевых транзисторах
- •Выводы
- •Каскадные схемы
- •Эмиттерный и истоковый повторители
- •Эмиттерный повторитель
- •Истоковый повторитель (каскад с ОИ)
- •Каскад с общей базой и общим затвором
- •Каскадная схема.
- •Схемы составных транзисторов
- •Схемы составных
- •Генераторы стабильного тока
- •Каскадные схемы
- •Каскадные схемы
- •Выводы
- •Выводы
- •Оконечные каскады АЭУ
- •Особенности оконечных каскадов
- •Двухтактные усилительные каскады
- •Двухтактные усилительные каскады
- •Режим работы класса «B»
- •Двухтактный трансформаторный каскад
- •Бестрансформаторные каскады усилителей
- •Схема для режима «АВ» имеет вид:
- •Камплементарный эмиттерный повторитель Дарлингтона
- •Схема защиты по току
- •Выводы
Для построения АЧХ, ФЧХ существует технический прием – метод диаграмм Боде.
Рассмотрим конкретные примеры.
Интегрирующая цепь – ФНЧ.
Передаточная функция данной цепи в операторной форме имеет следующий вид:
K( p) |
|
1 |
, |
|
1τ p |
||||
|
|
где τ RC – постоянная времени цепи.
Спектральные характеристики |
51 |
Динамический режим работы усилителя
Динамический режим работы усилителя
Выходная цепь |
Нагрузочная характеристика |
усилительного каскада |
усилительного каскада |
E I |
к= |
(R R R ) U |
Iê= |
Eê Uêý |
|
|
|||||
к |
э0 |
кφкэ |
|
R |
|
|
|
|
|
|
Динамический режим работы усилителя |
53 |
При выборе положения рабочей точки учитываются:
•линейность усиления и уровень усиления;
•потребляемая мощность;
•условие эксплуатации У.Э.;
•способ включения У.Э.;
•работа в активном режиме.
Динамический режим работы усилителя |
54 |
iвых I0 iвых ; uвых U0 uвых ;
uвых I0 Rг .
Нагрузочная характеристика транзистора усилительного каскада
Динамический режим работы усилителя |
55 |
Входная динамическая характеристика
• ВДХ – зависимость мгновенного значения входного тока от входного напряжения
Входная динамическая характеристика транзисторного каскада усилителя
Динамический режим работы усилителя |
56 |
Сквозная динамическая характеристика
•Строится СДХ на основе построенных входных характеристик.
•По результатам построения входной динамической характеристики находят ЭДС источника по формуле
Eист Uвх iвх Rист,
где:
Uвх Uбэ,
iвх iб .
Сквозная динамическая характеристика транзисторного каскада усилителя
Динамический режим работы усилителя |
57 |
Режим работы усилительного элемента
• Усилительный элемент работает без отсечки тока.
Данный режим характеризуется высокой линейностью, т. е. низким уровнем нелинейных искажений. Однако КПД низкий (≤50 %), так как даже в отсутствие сигнала от источника потребляется постоянный ток.
Эпюры, поясняющие работу усилителя в режиме «А»
Динамический режим работы усилителя |
58 |
Режим работы усилителя «В»
Эпюры, поясняющие работу усилителя в режиме «В»
Ток покоя в режиме «В» очень мал.
В идеальном случае равен нулю.
Транзистор работает с отсечкой тока, КПД до 79 %.
Высокий уровень нелинейных искажений.
Режим «В» используется в двухтактных каскадах
Динамический режим работы усилителя |
59 |
Режим «АB»
• «АВ» – промежуточный режим работы усилителя между режимом «А» и режимом «В»
Эпюры, поясняющие работу усилителя в режиме «АВ»
Динамический режим работы усилителя |
60 |