- •Электротехника и электроника Учебное пособие
- •«Информационные системы и технологии»
- •Введение
- •1 Основные законы электрических цепей. Методы расчета цепей постоянного тока
- •Топологические характеристики, элементы и схемы электрических цепей
- •1.2 Основные законы и соотношения в цепях постоянного тока
- •Методы эквивалентного преобразования схем электрических цепей с пассивными элементами
- •1.4 Характеристика методов расчета цепей постоянного тока. Методы контурных токов и узловых потенциалов
- •1.4.1 Метод контурных токов
- •1.4.2 Метод узловых потенциалов
- •1.5 Баланс активной мощности
- •2 Расчет линейных цепей синусоидального тока
- •2.1 Основные характеристики синусоидальных сигналов
- •2.2 Синусоидальные сигналы в прямоугольных координатах
- •2.3 Представление синусоидальных величин
- •2.4 Закон Ома в комплексной форме для цепей синусоидального тока
- •2.5 Комплексный метод расчета цепей синусоидального тока
- •2.6 Активная, реактивная и полная мощности
- •2.7 Резонанс в цепях синусоидального тока
- •3 Анализ и расчет нелинейных электрических и магнитных цепей
- •3.1 Основные понятия нелинейных электрических и магнитных цепей
- •3.2. Классификация нелинейных элементов
- •3.3 Статическое и дифференциальное сопротивление нэ
- •3.4. Методы расчета нелинейных электрических цепей
- •3.5 Нелинейные индуктивные и емкостные сопротивления
- •3.6 Преобразования, осуществляемые с помощью нелинейных электрических цепей
- •3.7 Основные понятия магнитной цепи
- •3.8 Расчет магнитных цепей
- •3.9 Применение к магнитным цепям методов, используемых для расчета нелинейных электрических цепей
- •4 Трехфазные электрические цепи
- •4.1 Трехфазная система
- •4. 2 Соотношение между фазными и линейными величинами
- •4.3 Приемники, включаемые в трехфазную цепь
- •4.4 Мощность трехфазной системы
- •5 Электромагнитные устройства. Основные виды электрических машин. Трансформаторы
- •5.1 Принципы преобразования электрической энергии
- •5.2 Назначение и принцип действия трансформатора
- •5.3 Классификация трансформаторов
- •Устройство трансформатора
- •5.5 Режимы работы трансформаторов
- •5.6 Потери и кпд трансформатора
- •5.7 Трёхфазные трансформаторы, автотрансформаторы и измерительные трансформаторы
- •6 Машины постоянного тока
- •6.1 Принцип действия генератора и двигателя постоянного тока
- •6.2 Устройство коллекторной машины постоянного тока
- •6.3 Причины, вызывающие искрение на коллекторе
- •6.4 Способы возбуждения машин постоянного тока
- •6.5 Основные характеристики генераторов постоянного тока
- •6.6 Механическая и рабочая характеристики
- •6.7 Двигатели постоянного тока
- •6.8 Потери и кпд машин постоянного тока
- •7 Асинхронные и синхронные машины
- •Асинхронные машины
- •7.1. Устройство асинхронных машин
- •7.2 Режимы работы асинхронной машины
- •7.3 Потери и кпд асинхронного двигателя
- •7.4 Электромагнитный момент и механическая характеристика асинхронного двигателя
- •7.5 Пуск асинхронных двигателей
- •7.6 Рабочие характеристики асинхронного двигателя
- •7.7 Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
- •Синхронные машины
- •7.8 Устройство синхронной машины
- •7.9 Возбуждение синхронных машин
- •7.10 Параллельная работа синхронных генераторов
- •7.11 Потери и кпд синхронных машин
- •7.12 Пуск трехфазного синхронного двигателя
- •8 Элементная база электронных устройств
- •8.1 Электронно-дырочный переход и его свойства
- •8.2 Полупроводниковые диоды
- •8.3 Биполярные транзисторы
- •8.4 Полевые транзисторы
- •8.5 Тиристоры
- •8.6 Интегральные микросхемы
- •8.7 Оптоэлектронные устройства
- •8.8 Индикаторные приборы
- •9 Источники вторичного электропитания
- •9.1 Принципы построения источников вторичного электропитания
- •9.2 Классификация ивэп
- •9.3 Выпрямители: классификация и основные параметры
- •9.4 Управляемый выпрямитель
- •9.5 Стабилизаторы напряжения и тока
- •9.6 Сглаживающие фильтры
- •10 Усилители электрических сигналов
- •Усилители. Классификация и основные характеристики
- •Принцип действия усилителя
- •Обратные связи в усилителях
- •Дифференциальный каскад
- •Операционные усилители
- •Импульсные усилители мощности
- •Автогенераторные устройства
- •11 Основы цифровой электроники. Микропроцессорные средства
- •11.1 Логические элементы
- •11.2 Запоминающие устройства – триггеры
- •11.3 Аналого-цифровые преобразователи
- •11.3.1 Виды аналого-цифровых преобразователей и их особенности
- •11.3.2 Принципы построения ацп
- •11.4 Цифро-аналоговые преобразователи
- •11.4.1 Назначение и виды цифро-аналоговых преобразователей
- •11.4.2 Принципы построения цап
- •11.5 Программируемые устройства. Микропроцессоры
- •12 Электрические измерения и приборы
- •12.1 Общие сведения. Погрешности и классы точности
- •12.2 Классификация электроизмерительных приборов
- •12.3 Электронные и цифровые измерительные приборы
- •12.4 Регистрирующие приборы и устройства
- •12.5 Измерение неэлектрических величин
- •Список рекомендуемой литературы Основная литература
- •Список дополнительной литературы
- •Татьяна Федоровна Морозова Электротехника и электроника
- •355029, Г. Ставрополь, пр.Кулакова, 2
Принцип действия усилителя
Принцип действия усилителя иллюстрирует схема (рисунок 10.6.) простейшего усилительного каскада, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Источник усиливаемого сигнала – источник с внутренним сопротивлением Rвн и ЭДС еС=uС., а источником питания служит ЭДС Ек. В схеме усилителя для переменных составляющих положительное направление тока нагрузки iН принято к общей точке транзистора (эмиттеру).
Основными элементами схемы являются транзистор VT и резистор RК. Конденсаторы С1 и С2 отделяют цепь постоянного тока (цепь питания) от цепи источника сигнала и приемника с сопротивлением нагрузки Rн. Резисторы R1 и R2 составляют цепь делителя напряжения, назначение которого установить постоянное напряжение на базе транзистора по отношению к земле. Резистор RЭ и конденсатор СЭ составляют цепь эмиттерной обратной связи. Напряжение на переходе эмиттерном переходе является разностью двух положительных напряжений: на резисторе R2 и резисторе RЭ: .
Рисунок 10.6 – Усилительный каскад на биполярном транзисторе по
схеме включения с общим эмиттером (ОЭ)
Резисторы R2 и RЭ, необходимы для стабилизации положения рабочей точки А при изменениях температуры окружающей среды, которая влияет на параметры транзистора: увеличиваются токи базы, эмиттера и коллектора. Ввод резистора RЭ в цепи эмиттера приводит к увеличению на нем напряжения, а одновременно к снижению напряжения UБЭ и тока базы. Таким образом, реализуется отрицательная обратная связь и стабилизация режима покоя. Блокировочный конденсатор СЭ устраняет быстрые изменения напряжения на резисторе RЭ.
При поступлении на вход усилителя сигнала, он усиливается и снимается с выхода в противофазе по отношению к входному (рисунок 10.8).
Работу усилителя можно представить в виде наложения двух режимов: а) режима покоя, когда в цепи действует только постоянный ток от источника питания с ЭДС Ек;
б) режима с переменными составляющими токов базы iБ, коллектора iК и нагрузки iН при источнике ЭДС еС=uС.
Режимы работы усилительных каскадов. В зависимости от положения рабочей точки в режиме покоя на входных и выходных характеристиках, а также величины усиливаемого напряжения различают основные режимы работы усилительных каскадов (классов усиления): А, В, АВ, С и D. Основными характеристиками режимов являются величины нелинейных искажений и КПД.
Режим А характеризуется выбором рабочей точки (рисунок 10.8) на линейном участке входной (в средней точке режима покоя выходной) характеристик транзистора. В этом случае нелинейные искажения усиливаемого напряжения минимальны, т.е. ток в выходной цепи протекает в течение всего периода изменения входного напряжения. Режим А применяют в маломощных каскадах (предварительных усилителях напряжения), но он имеет существенный недостаток – КПД≤50%.
В режиме В рабочую точку выбирают вначале выходной характеристики транзистора, называемой точкой отсечки. В этом режиме переменные составляющие тока и напряжения усилительного элемента возникают лишь в положительные полупериоды входного напряжения, т.е. нелинейные искажения очень большие. Для усиления как положительной, так и отрицательной полуволны входного сигнала применяются двухтактные усилители, которые изготавливаются в виде интегральной схем, что обеспечивает идентичность параметров транзисторов. Класс В используется в усилителях средней и большой мощности и характеризуется высоким КПД≈70%.
Режим АВ занимает промежуточное положение между А и В режимами, и характеризуется тем, что ток в выходной цепи протекает больше половины периода изменения входного напряжения. Используется при построении выходных каскадов усилителей мощности, т.к. имеет небольшие искажения выходного сигнала и достаточно высокий КПД.
В режиме С рабочую точку выбирают за точкой отсечки и ток в усилительном элементе возникает в течение некоторой части положительного полупериода входного напряжения. Этот режим сопровождается большими искажениями усиливаемого напряжения, и его применяют в избирательных усилителях (радиопередающих устройствах), которые благодаря наличию колебательных контуров выделяют из несинусоидального напряжения лишь основную гармонику, а КПД≈100%.
В режиме D усилительный элемент может находиться только в состоянии включено (режим насыщения транзистора) или выключено (режим отсечки). Данный ключевой режим используется в устройствах, основным требованием которых является получение максимального КПД, т. е устройства с автономным питанием, рассчитанные на длительный режим работы.
Выходное напряжение усилителя, работающего в режиме D, всегда имеет форму прямоугольного импульса, или его длительности, фазы и т.п.
Усилитель постоянного тока (УПТ) – устройство, предназначенное для усиления медленно изменяющихся сигналов вплоть до нулевой частоты, отличительной особенностью которого является отсутствие разделительных элементов, предназначенных для отделения усилительных каскадов друг от друга, а также от источника сигнала и нагрузки по постоянному току, т. е. используется непосредственная (гальваническая) связь.
Характерной чертой УПТ является также дрейф нуля – самопроизвольное отклонение выходного сигнала при ∆Uвх = 0, причинами возникновения которого являются нестабильность источников питания усилителей и изменение параметров полупроводниковых приборов и других элементов схемы в результате изменения температуры или старения элементов.
Для снижения дрейфа нуля в УПТ используются следующие способы: применение отрицательных обратных связей ООС; использование термокомпенсирующих элементов; преобразование постоянного тока в переменный; усиление переменного тока с последующим выпрямлением и применение дифференциальных каскадов.
Рисунок 10.8 – Выходные (а) и входные (б) характеристики транзистора