Электрометрические и измерительные усилители

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 36Следующая ⇒

Электрометрические и измерительные усилители предназначены для измерения напряжения и тока сверхмалых значений. Измерение напряжения производится в диапазоне от 0 до 100 мВ, а измерение тока — от 10 ^-16 до 10 ^-3 А. Для этих усилителей основным параметром является большое входное сопротивление, а работают они в области частот от 0 до 10 Гц. Основные их погрешности определяют временной и температурный дрейфы нуля. Если на входе такого усилителя сигнал равен нулю, то его выходной сигнал также должен быть равен нулю, причем сколь угодно долго. Однако выполнить это условие практически невозможно. Создать усилитель с большим входным сопротивлением и малыми дрейфами на биполярном транзисторе путем введения отрицательной обратной связи невозможно. По этой причине практически все схемы таких усилителей имеют входной каскад с полевыми транзисторами. Данные усилители нашли большое применение для усиления малых сигналов и потенциалов различных датчиков.

На рис. 6.13 показаны схема и характеристики термостабильного электрометрического усилителя, который позволяет измерять минимальный ток 10 ^{- 5} А. Его выходное напряжение при этом равно 50 мВ. Усилитель содержит входной каскад на сборке полевых транзисторов DА1. Сигнал с полевых транзисторов подается на вход ОУ. Для балансировки схемы служат сопротивления R₅ и R_10.Временной дрейф схемы составляет 20 мВ/ч, а температурный — 5 мВ/°С.

Многокаскадные усилители

Разработка многокаскадных усилителей обусловлена тем, что получить большой (более 100) коэффициент усиления на одном активном элементе практически нельзя. В то же время в многокаскадных усилителях при большом коэффициенте усиления не должно возникать паразитных колебаний, возбуждение которых в этих усилителях явление рядовое.

Для исключения паразитных возбуждений приходится применять специальные меры:

разделение общего коэффициента усиления на нечетное число каскадов;

питание каждого каскада от своего источника (или использование индивидуальной конденсаторной развязки);

максимальное удаление выхода последнего каскада от входа первого каскада.

Существуют два принципа построения многокаскадных усилителей: с конденсаторной развязкой между каскадами и гальваническим соединением каскадов.

Рис. 6.14. Схема трехкаскадного усилителя с конденсаторной развязкой

На рис. 6.14 показана схема трехкаскадного усилителя с конденсаторной развязкой. Режим по постоянному току в этом усилителе у каждого каскада свой, а входной переменный сигнал проходит от каскада к каскаду через разделительные конденсаторы.

Усилители мощности

Мощные усилители низкой частоты гармонических сигналов являются необходимым элементом любых систем.

К числу основных характеристик усилителей мощности относятся:

коэффициент усиления;

диапазон рабочих частот;

динамическая характеристика;

амплитудно-частотная характеристика;

фазочастотная характеристика;

амплитудная характеристика;

уровень нелинейных искажений;

коэффициент полезного действия;

входное сопротивление;

выходное сопротивление.

Одним из основных параметров этих усилителей является коэффициент усиления по мощности, который зависит от сопротивления нагрузки и входного сопротивления, а также от изменения питающего напряжения.

Диапазон рабочих частот — это полоса частот усилителя, в которой коэффициент усиления остается неизменным. Хорошие усилители низких частот (УНЧ) имеют рабочую полосу частот от 16 Гц до 20 кГц, а УНЧ с удовлетворительными качествами — от 50 Гц до 10 кГц, причем неравномерность коэффициента усиления в этой полосе частот составляет менее 5 дБ.

Нелинейные искажения обусловлены динамической характеристикой УНЧ. Их полное отсутствие в усилителях принципиально невозможно из-за нелинейности реальных характеристик транзисторов, т.е. на степень нелинейных искажений в УНЧ оказывают влияние электрическая схема и режимы работы транзисторов. Количественно степень нелинейных искажений оценивается коэффициентом гармоник К_г, который определяет их относительную интенсивность. Допустимые значения К_гдля измерительных усилителей менее 0, 1 %, а для акустических — менее 3 %.

При повышении уровня входного сигнала УНЧ увеличивается его выходная мощность, но возрастает и уровень нелинейных искажений. Искажения менее 1 % для усилителей определенной мощности на выходе считаются небольшими и вполне допустимыми для качественного воспроизведения звука.

Динамический диапазон усилителя — это разность U_m_ах – U_min , где U_min— превышение номинального уровня выходного сигнала над минимальным уровнем, еще различимым на фоне собственных шумов. Верхний предел выходного сигнала, ограничивается заданной нормой нелинейных искажений и номинальным питающим напряжением.

Схема бестрансформаторного усилителя мощности приведена на рис. 6.15. Мощность данного усилителя в нагрузке Р_н = 10 Вт; сопротивление нагрузки

(динамика типа 0, 5 ГД14) К_н = 8 Ом; полоса частот от нижней граничной /_н = 250 Гц до верхней граничной /_в = 10 000 Гц; коэффициент гармоник К_г = = 10%.

Контрольные вопросы

1. Каковы назначение усилителей в составе САУ и их основные характеристики?

2. Каковы принцип действия и характеристики однотактного магнитного усилителя?

3. Каковы схема и преимущества двухтактного магнитного усилителя?

4. В чем заключается принцип действия электромашинного усилителя и какова его статическая характеристика?

5. Поясните схему и принцип действия электромашинного усилителя с поперечным полем.

6. Как работает схема усилителя на биполярном транзисторе?

7. Поясните принцип действия усилителя на полевом транзисторе и его частотную характеристику.

8. Каковы особенности построения операционных усилителей: универсальных, прецизионных, регулируемых, мощных высоковольтных?

9. Как используются ОУ в моделировании математических операций?

10. В чем состоят особенности построения электрометрических и измерительных усилителей?

11. Каковы принципы построения многокаскадных усилителей?

12. Каковы принципы построения усилителей мощности и их основные параметры?

Глава 7

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒