Підсилювачі електричних сигналів - Студопедія
9.1 Підсилювачі змінного струму
Винахід радіозв'язку А.С.Поповим стало потужним стимулом для розвитку радіоелектроніки, так як з'явилася потреба у створенні генераторів електричних коливань високих частот для радіопередавачів і підсилювачів слабких сигналів, що приймаються радіоприймачами на відстані сотень і тисяч кілометрів від радіостанцій.
Вирішення цих завдань стало можливим з винаходом електронної лампи тріода (Лі де Форес, США, 1906). Відмінність її від відомої двоелектродної лампи діода полягала в тому, що в неї був введений третій електрод - керуюча сітка , що дозволило використовувати тріодяк підсилювач електричних сигналів. З цього часу розвиток радіотехніки пішов дуже швидкими темпами. Були розроблені підсилювачі електричних сигналів, а на їх основі і генератори електричних коливань високих частот, а на їх основі – радіопередавачі та радіоприймачі, що запрацювали передають у багатьох країнах Європи та Америки, в Азії та Африці.
До 1948 р. вся радіоапаратура та електронно-обчислювальні машини, що з'явилися після Другої світової війни, були розроблені на електронних лампах. Створений в 1948 р. в США, а в 1949 в СРСР напівпровідниковий тріод – транзистор став замінювати ламповий тріод, і з'явилася напівпровідникова радіоапаратура, яка виявилася значно меншою за габаритами, надійнішою і багатшою за функціональними можливостями.
Одним із головних пристроїв радіоелектронної апаратури є підсилювач слабких електричних сигналів.
Мал. 9.1. Принцип посилення електричних сигналів
Принцип посилення електричних сигналів показаний малюнку 9.1. він полягає в тому, що джерело вхідних сигналів (ІТТ), що маєе.д.с. еu і внутрішній опір ЧВН створює на вході підсилювача невелику вхідну напругу змінного струму
Uвх. До підсилювача підводиться енергія від зовнішнього джерела, яка при невеликих витратах на вході спрямовується на вихід до навантаження (споживачеві), яка має певний опір RH і на цьому опорі струмом навантаження
iH створюється напруга
Uвих, яке виявляється значно (у багато разів) більше
Uвх. Таким чином, підсилювач є розподільником енергії джерела живлення ікерує нею відповідно до вхідного сигналу. Це керування енергією джерела живлення здійснюється за допомогою підсилювального елемента – електронної лампи (тріода, пентода та ін) або транзистора.
Мал. 9.2 Принципова схема підсилювача
На малюнку 9.2 наведено принципову схему підсилювача на транзисторі. "Транзистор VT, включений за схемою із загальним емітером" є підсилювальним елементом, що отримує енергію від джерела енергії EK в колі колектора.
У ланцюг колектора включений резистор Rk, за допомогою якого можна зняти напругу, що змінюється.
UK з колектором транзистора. Конденсатори С1 і С2 визначають джерело вхідного сигналу та навантаження від підсилювача змінного струму називаються розділовими. Особливістю транзистора є те, що опір його RКЕ між колектором і емітером може змінюватися під дією напруги між базою та емітером Uбе в широких межах (від декількох Ом до десятків кілоом), що викликає зміну струму колектора iК також у широкому інтервалі значень. Якщо RКЕ → 0 транзистор «відкритий», струм iК максимальний, а напруга Uк мінімальна, і навпаки при RКЕ → ∞ струм iК мінімальний, транзистор «закритий», напруга Uк мінімальна. Вказівкастани транзистора характерні його роботи в «ключовому» режимі.
На зміну величини RКЕ, що практично відповідає (тобто пропорційно напрузі на базі Uбе), потрібна незначна потужність, а потужність у навантаженні змінюється у багато разів, тобто. ставлення
, (9.1)
де Кр - Коефіцієнт посилення за потужністю.
Зміна RКЕ під час роботи підсилювача здійснюється вхідним сигналом, який змінює напругу з урахуванням, позначене як ∆Uб. відповідна зміна напруги на колекторі буде ∆Uк.
Відношення (9.2)
називають коефіцієнтом посилення за напругою.
Відношення (9.3)
Називають коефіцієнтом посилення струму. Неважко показати, що твір Kp = Ku · Ki (9.4)
Для посилення плавно змінних сигналів, наприклад, гармонійних, необхідно подати на базу невелику постійну напругу Uбео, щоб задати деяке початкове значення опору RКЕ, і отже струму колектора Iпо, щодо якого будуть зміни ∆iК від вхідного сигналу
Початкове значення Uбео називають початковим напругою зміщення, яке можна подати або від окремого джерела е.д.с., або від джерела живлення Ек. у разі зміщення подається з допомогою дільника напруги R1-R2.
Треба відзначити, що опір транзистора RКЕ (його називають внутрішнім опором підсилювального елемента) змінюється під дією вхідної напруги практично миттєво, тому струм і напруга на колекторі зміниться з такою ж швидкістю, тому транзистори можуть посилювати періодичні сигнали з частотою від одиниць герц до сотень мільйонів Герц.
Розглянута схема підсилювача дозволяє посилювати сигнали змінного струму у певній смузі частот, оскільки на вході та виходіпідсилювача стоять конденсатори С1 та С2.
Частотна характеристика підсилювача змінного штибу показана малюнку 9.3.
Мал. 9.3 Частотна характеристика підсилювача змінного струму
Вона є залежністю коефіцієнта посилення від частоти вхідного сигналу при незмінній його амплітуді. На низьких і високих частотах посилення зменшується, але в середніх частотах посилення максимально. Область приблизно рівномірного посилення оцінюютьсмугою пропускання підсилювача, якого визначають на рівні 0,7 КUmax (або на рівні -3-х децибел) по нижній fH і верхній fB частот. Діапазон частот від fH до fB є смуга пропускання. Чим ширша смуга пропускання, тим складніше формою сигнали може посилювати підсилювач.
9.2 Підсилювачі постійного струму
На практиці зустрічаються не тільки сигнали змінного струму високих частот, але й сигнали, що повільно змінюються, наприклад сигнали, пропорційні зміні температури в печі для загартування деталей, або сигнали, пропорційні освітленості в теплиці. Такі сигнали часто зустрічаються в пристроях автоматики. Для посилення їх застосовують підсилювачіповільно змінних сигналів абопідсилювачі постійного струму (УПТ).
У схемах таких підсилювачів відсутні елементи із частотно-залежним опором – котушки індуктивності та конденсатори.
Вид частотної характеристики УПТ наведено малюнку 9.4.
Мал. 9.4 Частотна характеристика УПТ
На відміну від підсилювачів змінного струму області низьких частот немає послаблення посилення до частоти fH=0, тобто. постійного струму, а області високих частот fB посилення обмежується лише частотними властивостями підсилювальних елементів.
За принципом побудови УПТ поділяються напосиленняпрямого посилення іпідсилювачі з перетворенням.
У багатокаскадних підсилювачах прямого посилення застосовують безпосередній зв'язок між каскадами, з'єднуючи вихід попереднього каскаду з наступним входом, а для узгодження каскадів використовують резистори активного опору.
Недоліки підсилювачів прямого посилення є хибного сигналу при Uвх = 0, тобто. догляд "нуля" або "дрейф нуля", який посилюється і призводить до помилкових спрацьовувань різних пристроїв. Поява «дрейфу нуля» пов'язане із зміною властивостей підсилювальних елементів та резисторів при зміні температури, а також при старінні елементів.
Для зменшення дрейфу застосовують спеціальні схеми підсилювальних каскадів. Найбільш уживані схемидиференціальна імостова.
Схема диференціального каскаду показано малюнку 9.5.
Мал. 9.5 Схема диференціального каскаду УПТ
Каскад складається з двох підсилювальних елементів VT1 та VT2. навантаження колекторів Rk поділено на дві частини. Живлення Ек підключено між ними. Резистори R1, R2 і R3 і R4 забезпечують необхідну напругу зміщення бази транзисторів. Вхідний сигнал подається одночасно на бази транзисторів.
Для зменшення дрейфу нуля схему виконують на однотипних транзисторах з однаковими коефіцієнтами передачі струму і з найменшим розкидом опорів резисторів. Для однаковості транзисторів промисловість випускає транзисторні зборки по два транзистори в одному корпусі, що при однаковій технології дає мінімальні відмінності в їх властивостях під час експлуатації підсилювачів.
Мостова схема каскаду УПТ наведено малюнку 9.6.
Мал. 9.6 Мостова схема каскаду УПТ
Мостова схема за принципом дії маловідрізняється від диференціальної, але навантаження RН, яку не можна розділити навпіл, включено між колекторами транзисторів VT1 і VT2.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком:
Вимкніть adBlock! і оновіть сторінку (F5)дуже потрібно