Классификация, характеристики

И параметры усилителей.

 

Усилитель - электронное устройство, управляющее потоком энергии, идущей от источника питания к нагрузке, причем мощность, требующаяся для управления, намного меньше мощности, отдаваемой в нагрузку, а формы входного и выходного сигналов совпадают ( слайд 66 ).

источник питания

 

ист. усиливаемого сигнала          усилитель                  нагрузка

 

Классификация:

· по частоте усиливаемого сигнала: низкой частоты (10-100 кГц), широкополосные и избирательные.

· по роду усиливаемого сигнала: усилители постоянного тока, усилители переменного тока

· по функциональному назначению: усилитель напряжения, усилитель тока, усилитель мощности

        Основными количественными параметрами усилителей являются:

· коэффициент усиления по напряжению, току и мощности

Кu=Uвых/Uвх;  Кi=Iвых/Iвх; Кр=Рвых/Рвх ( слайд 67 ).

· коэффициент полезного действия

( 68 )

· входное и выходное сопротивление

     ( 68 )

 

Усилитель может состоять из одного или нескольких каскадов. Коэффициент усиления равен произведению коэф. усил. отдельных каскадов: ( 69 ).      Коэф. усил. часто выражают в логарифмических единицах - децибелах:

Характеристики:

· амплитудная характеристика - зависимость амплитуды выходного напряжения (тока) от амплитуды входного напряжения (тока).( 70 )

 

 

 

 

                                                         

 

Точка 1 соответствует напряжению шумов, точка 2 - минимальному входному напряжению, при котором на выходе усилителя можно различить сигнал на фоне шумов. Участок 2-3 - это рабочий участок, на котором сохраняется пропорциональность между входным и выходным напряжениями усилителя. После точки 3 наблюдаются нелинейные искажения.  - динамических диапазон усилителя.

 

· амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) - зависимость коэффициента усиления от частоты. (71)

                   К

 

               0.7 К

 

                                                                                                                        f

                                f н                                                                      f в

Частоты f н и f в называются нижней и верхней граничными частотами, а их разность - полосой пропускания усилителя.

· фазо-частотная характеристика (ФЧХ) - это зависимость угла сдвига фаз между входным и выходным напряжениями от частоты. (72)

 

                          φ

 

                                                                                                           f

 

 

Обратная связь в усилителях.

 

Обратной связью называется влияние некоторой выходной величины на некоторую входную, которая в свою очередь существенным образом влияет на выходную величину. Обратная связь осуществляется подачей части напряжения или тока с выхода устройства на его вход. В усилителях, как правило, используется так называемая отрицательная обратная связь (ООС). При наличии ООС выходной сигнал таким образом влияет на входной, что входной сигнал уменьшается и это приводит к уменьшению выходного сигнала. На первый взгляд ООС хотя и уменьшает коэффициент усиления, но в тоже время благотворно влияет на многие параметры и характеристики усилителя: уменьшение нелинейных искажений сигнала и нестабильность усиления, увеличение диапазона частот, при котором коэффициент усиления оказывается не зависящим от частоты, а также позволяет изменить в желательную сторону входное и выходное сопротивления.  Различают 4 вида ОС в усилителях:

· последовательная по напряжению

· параллельная по напряжению

· последовательная по току 

· параллельная по току

 

Рассмотрим влияние ООС на примере усилителя, охваченного последовательной обратной связью по напряжению. В структурную схему входит цепь прямой передачи и цепь обратной связи. На усилитель с ОС подается внешний синусоидальный входной сигнал U_ВХ1, а на цепь прямой передачи - сигнал U_вх2. (73) Цепь прямой передачи характеризуется коэффициентом усиления по напряжению . Цепь обратной связи характеризуется коэффициентом обратной связи: (74). Коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью: (75) или

     Величина 1+β К_U называют глубиной обратной связи, а величину β К_U наз. петлевым усилением.

 

 

               U_ВХ1                  U_ВХ2                                          R

 

β

                                        U_ОС

 

 

Операционные усилители.

 

Операционным усилителем (ОУ) наз. усилитель напряжения, предназначенный для выполнения различных операций с аналоговыми сигналами: их усиление или ослабление, сложение или вычитание, интегрирование или дифференцирование, преобразование их формы и т.д. Все эти операции выполняются с помощью цепей положительной и отрицательной обратной связи, в состав которых могут входить различные элементы: резисторы, диоды, транзисторы, катушки, конденсаторы и т.д. Главное требование к ОУ: он должен соответствовать идеальному источнику напряжения, управляемому напряжением с бесконечно большим коэффициентом усиления. Это значит, что входное сопротивление ОУ должно быть равно бесконечности, а входной ток - нулю. Выходное сопротивление = 0, а, следовательно, нагрузка не должна влиять на выходное напряжение.

Входная цепь ОУ обычно выполняется по дифференциальной схеме, а это значит, что входные сигналы можно подавать на любой из двух входов, один из которых меняет полярность выходного напряжения и поэтому наз. инвертирующим, а другой не изменяет полярность вых. напряжения и наз. неинвертирующим ( слайд 76 ). Инвертирующий вход отмечают кружочком или знаком минус. Неинвертирующий вход или совсем не отмечают или отмечают знаком +. Два вывода ОУ используются для подачи напряжения питания +Е_П и -Е_П. Положительное и отрицательное напряжение питания обычно имеют одно и тоже значение, их общий вывод одновременно является общим выводом для входных и выходного сигналов. Выходное напряжение для дифференциального усилителя определяется по формуле: , где К коэффициент усиления ОУ. Для инвертирующего операционного усилителя выходное напряжение равно , а для неинвертирующего . Разностное напряжение  называют дифференциальным входным сигналом ( слайд 77 ).

Основные характеристики ОУ можно разделить на две группы: статические и динамические. К статическим относятся:

· коэффициент усиления

· напряжение смещения U_СМ - напряжение, которое нужно приложить к входу ОУ, чтобы сделать U_ВЫХ=0

· входные токи +i и -i

· разность входных токов

· максимальный входной ток

 

Динамические характеристики обычно описываются двумя параметрами: предельной частотой и максимальной скоростью нарастания выходного напряжения.

Операционный усилитель хорошо характеризует его передаточная характеристика: зависимость выходного напряжения от дифференциального напряжения ( СЛ.78 ).

 

                                        U_ВЫХ, В

 

                                                                                     U_ДИФ, мВ

 

У различных экземпляров ОУ одного и того же типа эта характеристика может проходить как слева, так и справа от начала координат. Значение напряжения U_ДИФ, при котором выполняется условие U_ВЫХ=0, называют напряжением смещения U_СМ. Для того, чтобы при нулевом усиливаемом сигнале напряжение на выходе было равно нулю, т.е. для того, чтобы передаточная характеристика проходила через начало координат, предусматривают меры по компенсации напряжения смещения (балансировка, коррекция нуля…). В некоторых ОУ для компенсации предусмотрены специальные выводы.

Диапазон выходного напряжения, соответствующий почти вертикальному участку передаточной характеристики, называется областью усиления, а режим работы ОУ - режимом усиления или активным режимом. В этом режиме U_ВЫХ = К*U_ДИФ. Обычно К лежит в пределах 10³…10⁵. Диапазоны выходного напряжения вне области усиления называются областями насыщения, режим - режимом насыщения.

 Реальные электронные устройства на основе ОУ практически всегда имеют коэффициент усиления значительно меньше К, т.к. в них используется отрицательная обратная связь.      

 

                                              

 

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: