СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Теоретическая часть
1.1 Усилители: понятие, классификация, параметры, характеристики
1.2 Обратная связь в усилителях. Влияние обратной связи на параметры и характеристики усилителя
1.3 Усилительные каскады на биполярных транзисторах
1.4 Операционные усилители: понятие, параметры и характеристики
2. Расчетная часть
2.1 Расчёт усилительного каскада на биполярном транзисторе
2.2 Проектирование усилителя низкой частоты
2.3 Проектирование сумматора на основе операционного усилителя
2.4 Моделирование схем с помощью программы Electronics Workbench
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
На сегодняшний день наука и техника особо тесно связаны и это отчетливо можно проследить на примере проникновения электроники и автоматизации во все сферы жизнедеятельности современного общества. Научные достижения в существенной степени зависят от уровня развития и возможностей современных технологий.
Электронные приборы составляют основу важнейших средств современной связи, автоматики, измерительной техники. Электроника находит все более широкое применение почти во всех областях науки и техники, что обусловлено высокой чувствительностью, точностью, быстродействием, универсальностью, малыми габаритными размерами устройств, постоянно возрастающей экономичностью.
Быстродействие электронных устройств определяется самой природой электрических колебаний. Этот параметр неуклонно повышается в связи с углублением тенденций к микроминиатюризации элементов и устройств в целом.
Автоматизация в производстве растет настолько высокими темпами, что потребность в совершенствовании технологий изготовления элементной базы, ускорении обмена данными внутри устройств изменяется с каждым днем.
На основе электроники реален переход к полностью автоматизированному производству. Широкое применение получили станки с числовым программным управлением и промышленные роботы, роботизация бытовых приборов, например: автоматическая настройка температуры, влажности, автоматические выключатели, сенсорные ключи, и другие устройства заменяющие труд человека. Автоматизация технологических процессов позволила облегчить и даже полностью заменить монотонный труд человека.
Перевод цифровой вычислительной техники на электронную, а затем и микроэлектронную базу открыл перспективы дальнейшей автоматизации процессов управления вплоть до создания автоматов, наделенных элементами интеллекта.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Усилители: понятие, классификация, параметры, характеристики
В технике часто встречается задача, когда сравнительно маломощный источник сигнала оказывается неспособным управлять работой исполнительного устройства. Для решения этой задачи между источником сигнала и исполнительным устройством (нагрузкой) помещают усилитель. Под усилителем понимают устройство, в котором сравнительно маломощныйвходной сигнал управляет передачей гораздо большей мощности от источника питания в нагрузку.
Рисунок 1.1 - Схема усилителя
Рисунок 1.2 - Эквивалентная схема усилителя
Усилитель – это активный четырехполюсник, поэтому его можно представить так (рисунок 1.3).
Рисунок 1.3 - Эквивалентная схема усилителя
1. В зависимости от соотношения Rг и Rвх различают следующие усилители:
Если Rг > Rвх входным сигналом усилителя является ток I1 – усилитель управляемый током.
Если Rвх > Rг усилитель управляется напряжением U1 – усилитель управляемый напряжением.
Если Rвх » Rг на вход усилителя поступает наибольшая мощность от источника сигнала. Это режим согласования. Выполняется в усилителях мощности.
2. В зависимости от соотношения Rвых и Rн различают:
Если Rвых << Rн то выходной сигнал - U2, усилитель с потенциальным выходом.
Если Rвых >> Rн то выходной сигнал I2, усилитель с токовым выходом.
Если Rвых » Rн усилитель мощности.
Основные параметры и характеристики усилителя.
1. Rвх = U1/I1. – входное сопротивление.
На низких частотах – активное. Зависит от частоты.
На высоких частотах – комплексное.
2. Rвых = U2xx/I2кз. (хх-холостой ход, кз-короткое замыкание).
3. К – коэффициент усиления, во сколько раз выходной сигнал больше входного.
а) Кu = U2m/U1m – по напряжению.
б) KI = I2m/I1m – по току.
в) Kp = P2/P1 – по мощности.
Коэффициент усиления – величина безразмерная, иногда его выражают в относительных логарифмических единицах, которые называют децибелами.
При воздействии на усилитель гармонического сигнала, его коэффициент усиления оказывается частотно-зависимым и аналитически выражается комплексной функцией коэффициента передачи, которая называется частотной характеристикой.
U1->
U2->
- комплексный коэффициент передачи.
4. Зависимость коэффициента передачи от частоты – частотная характеристика.
АЧХ: K(jw) = (0<w<¥) = *ej(j2-j1) = K(jw)*ej(j2-j1)
ФЧХ: j(jw) = j2-j1(0<w<¥)
Рисунок 1.4 –АЧХ и ФЧХ усилителя
Графики усилителя:
Идеальный усилитель должен иметь коэффициент усиления К0 на всем диапазоне частот, в реальном же усилителе коэффициент меняется.
ФЧХ говорит о том, что на низких частотах фазовый сдвиг положителен, а на высоких частотах происходит запаздывание (т.е. отрицателен).
5. Амплитудная характеристика усилителя
Uвых = f(Uвх.м);
Рисунок 1.5 – Амплитудная характеристика усилителя
Амплитудная характеристика.
1. Отличия в области малых амплитуд входного сигнала состоят в том, что при отсутствии входного сигнала на выходе имеется некоторый сигнал. Он возникает из-за наличия электромагнитных наводок и собственных шумов на вход усилителя
2. В области больших амплитуд отличия связаны с нелинейностью ВАХ активных элементов.
Из ВАХ вытекают основные параметры, определяемые по амплитудной характеристике:
А) - динамический диапазон усилителя. Чем больше D, тем он качественнее.
Б) Чувствительность. Различают две чувствительности:
1) Номинальная – величина входного сигнала, при котором на выходе обеспечивается номинальная мощность.
2) Пороговая – минимальный входной сигнал, при котором выходной сигнал однозначно определяется над уровнем шумов усилителя.
Пороговую чувствительность определяют, когда:
6. Искажения сигналов в усилителях.
Для идеального линейного усилителя форма входного и выходного сигналов должны совпадать. В реальных усилителях этого не происходит. Всякое отклонение формы сигнала на выходе от формы его на входе есть искажение создаваемое усилителем.
Искажения бывают:
1. Линейное;
2. Нелинейное.
Рисунок 1.6 – Искажения усилителя
Нелинейное искажение – это изменения формы сигнала на выходе, которые возникают за счет нелинейности ВАХ активных металлов. Количественно нелинейные искажения оценивают коэффициентом нелинейных искажений (КНИ).
Линейное искажение бывает двух видов:
а. Частотное;
б. Фазовое;
Частотное искажение связано с наличием в схеме усилителя реактивных элементов и возникающих за счет неодинакового усиления различных гармонических составляющих.
Фазовое искажение возникает за счет неодинакового фазового сдвига различных гармонических составляющих. Причина этого - наличие реактивных элементов в схеме усилителя.
КПД усилителя.
КПД играет существенную роль в усилителях мощности.
;
Классификация усилителей
Классификация усилителей может быть произведена по различным признакам:
1. По полосе пропускания и абсолютному значению усиливаемых частот усилители делятся на усилители постоянного тока и усилители переменного тока. Усилители переменного тока в свою очередь делятся на усилители низких частот, широкополосные усилители и на избирательные усилители.
а. Усилители постоянного тока – способны усиливать как переменные, так и постоянные составляющие сигнала. У них fн = 0;
б. Усилители переменного тока – способны усиливать только переменные составляющие сигнала. Fн>0.
в. Усилители низких частот – усилители звуковой частоты - fн»50 Гц,fв»20 кГц;
г. Избирательные усилители предназначены для усиления электрических сигналов в относительно узком диапазоне частот. Для них:
2. По характеру входного сигнала:
а. Усилители непрерывных сигналов;
б. Усилители импульсных сигналов.
3. По виду используемых активных элементов:
а. Ламповые;
б. На биполярных транзисторах;
в. На полевых транзисторах;
г. На туннельных диодах;
д. Параметрические элементы. В них активным элементом является индуктивность и емкость, они могут усиливать электрический сигнал.
4. По числу усилительных каскадов:
Под усилительным каскадом понимают совокупность элементов способных усиливать электрические сигналы.
а. Однокаскадные;
б. Многокаскадные.
5. По виду связи между каскадами:
а. Усилители с непосредственной гальванической связью между каскадами:
б.
