130 Усилители электрических сигналов (принцип действия, классификация). Усилительный каскад на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером.

Усилители электрических сигналов должны содержать как пассивные элементы, так и активные. К активным элементам относятся: транзисторы; микросхемы; электронные лампы и другие электровакуумные элементы; Известно несколько типов усилителей: широкополосные усилители; резонансные усилители; полосовые усилители; усилители постоянного тока; усилители мощности; операционные усилители; параметрические усилители; квантовые усилители; усилители бегущей волны. Возможность создания усилителя появилась после того, как был изобретён триод (Фостер).           Между катодом (К) и анодом (А) прикладывается разность потенциалов. Электроны, ускоряясь полем, создают ток лампы Iа. Если мы будем изменять напряжение на сетке, то этим напряжением можно управлять током Iа.

Эти частные производные имеют размерность проводимости.

	- крутизна характеристики
	- внутреннее сопротивление лампы

Пентод - это пятиэлектродная лампа, состоящая из баллона с откачанным воздухом, катода (К), анода (А) и трёх сеток (С1, С2, С3).

При схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу, а снимается с коллектора. При этом выходной сигнал инвертируется относительно входного (для гармонического сигнала фаза выходного сигнала отличается от входного на 180°). Каскад усиливает и ток, и напряжение. Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, поэтому наиболее распространено. Однако при такой схеме нелинейные искажения сигнала значительно больше. Кроме того, при данной схеме включения на характеристики усилителя значительное влияние оказывают внешние факторы, такие как напряжение питания, или температура окружающей среды. Обычно для компенсации этих факторов применяют отрицательную обратную связь, но она снижает коэффициент усиления.

[править]Описание

Биполярные транзисторы управляются током. В схеме с ОЭ — током базы. Напряжение на переходе база-эмиттер при этом остаётся почти постоянным и зависит от материала полупроводника, для германия около 0,2 В, для кремния около 0,7 В, но на сам каскадподаётся управляющее напряжение. Ток базы, коллектора и эмиттера и другие токи и напряжения в каскаде можно вычислить позакону Ома и правилам Кирхгофа для разветвлённой многоконтурной цепи.

Токи в транзисторе связаны нижеследующими соотношениями:

по правилу Кирхгофа для узлов алгебраическая сумма всех трёх токов ( ) равна нулю

, где

 — коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером,  — коэффициент передачи тока эмиттера.

• Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх=I_к/I_б=I_к/(I_э-I_к) = α/(1-α) = β [β>>1]

• Входное сопротивление: R_вх=U_вх/I_вх=U_бэ/I_б

Достоинства:

• Большой коэффициент усиления по току

• Большой коэффициент усиления по напряжению

• Наибольшее усиление мощности

• Можно обойтись одним источником питания

• Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки:

• Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой

Усилительный каскад с общим эмиттером

При положении рабочей точки в середине входных величин на проходной характеристике каскад с ОЭ имеет одно центральное устойчивое состояние, отклонения от центрального состояния и крайние состояния — неустойчивы, каскад при этом является усилителем гармонических сигналов.

131. Метод эквивалентного генератора в разветвленных электрических цепях с одним нелинейным резистором (привести расчетный пример).

НЕТ!!!!

132. Операционные усилители. Обратные связи в усилителях.

Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока сдифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

В настоящее время ОУ получили широкое применение как в виде отдельныхчипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложныхинтегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

Дать объявление	B2BContext

Обратные связи в усилителях

Обратной связью называется эффект подачи части выходного напряжения усилителя на его вход. Разработка в 1927 году принципов обратной связи (ОС) позволило резко изменить важнейшие параметры усилителей , поэтому в настоящее время ОС является неотъемлемой частью любого высококачественного усилителя.

Рисунок 1.4 - Структура обратной связи

В общем виде структурная схема усилителя с обратной связью представлена на рис. 1.4. Напряжение с выхода усилителя, имеющего коэффициент усиления К, подается на вход звена обратной связи с коэффициентом передачи  . Выходное напряжение звена обратной связи, равное: 

подается на вход усилителя, где алгебраически суммируется со входным напряжением. В результате реальное напряжение на входе усилителя составляет величину: 

Если принять коэффициенты К и   чисто активными, можно записать: 

Подставляя в данное выражение значение U₁ и U_ОС можно получить: 

Отсюда коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью: 

Выражение в знаменателе " 1 +/- К  " называется глубиной обратной связи и показывает во сколько раз изменяется коэффициент усиления под влиянием ОС.  Знак "+" соответствует отрицательной обратной связи (ООС), которая уменьшает коэффициент усиления усилителя. Особенностью ООС является то, что при больших К значение К  >> 1 и выражение для коэффициента усиления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью принимает вид: 

т.е. определяется только свойствами звена обратной связи. Это свойство обратной связи часто используется в многочисленных схемах аналоговой электроники.  Знак " – " указывает на наличие в усилителе положительной обратной связи (ПОС). Нетрудно увидеть, что при этом происходит увеличение коэффициента усиления. Однако ПОС может вызвать ряд явлений, существенно искажающих режим работы усилителя. Если  , , откуда следует, что коэффициент усиления неограниченно возрастает   и усилитель входит в режим самовозбуждения.  Все обратные связи можно подразделяются по способу съема сигнала обратной связи на выходе усилителя и по способу введения сигнала на входе. На рис. 1.5 показана последовательная обратная связь, когда сигнал напряжение обратной связи подается на вход последовательно со входным напряжением.

Рисунок 1.5 - Последовательная обратная связь

Если выход звена обратной связи подключается параллельно входу усилителя (рис. 1.6) , то обратная связь считается параллельной и выходной ток звена обратной связи алгебраически суммируется со входным током усилителя.

Рисунок 1.6 – Параллельная обратная связь

В зависимости от способа съема сигнала можно выделить обратную связь по напряжению (рис. 1.7), когда сигнал обратной связи Uос пропорционален напряжению на нагрузке усилителя. Если снимать сигнал с шунта, как показано на рис.1.8, то в усилителе реализуется обратная связь по току.  Если усилитель и звено обратной связи содержат только активные элементы, то считается, что обратная связь частотно-независимая. Наличие реактивных элементов в звене обратной связи делает коэффициент передачи усилителя комплексным и обратная связь становится частотно-зависимой, за счет чего может существенно измениться вид амплитудно-частотной фазо-частотной характеристики усилителя

Рисунок 1.7 - Усилитель с ООС по напряжению

Рисунок 1. 8 - Обратная связь по току

Обратная связь может охватывать весь усилитель, как показано на рис. 1.4, или один каскад. В последнем случае обратная связь называется местной. Иногда обратная связь является неотъемлемым свойством усилителя(например за счет паразитных связей) или отдельных усилительных элементов. В этом случае ОС называется внутренней.