Содержание
1. Виды транзисторных усилителей
2. Основные задачи проектирования транзисторных усилителей
3 Применяемые при анализе схем обозначения и соглашения
4. Статистические характеристики
5. Статические и дифференциальные параметры транзисторов
6. Основные параметры усилителей
7. Обратные связи в усилителях
Список литературы
Основные задачи проектирования транзисторных усилителей
Любой электронный усилитель требует наличия внешнего источника питания с определенными характеристикам (обусловлены характеристиками самого усилителя). В применении к транзисторным усилительным каскадам это означает, что для всех транзисторов каскада должен обеспечиваться соответствующий режим по постоянному току (поданы внешние напряжения от источников питания) обеспечивающих все практически возможные токи). Задание такого режима, по сути, является заданием рабочей точки транзисторного каскада. Правильное задание рабочей точки пo постоянному току имеет большое значение, поскольку оказывает влияние на многие свойства усилителя (коэффициент усиления, уровень шумов, уровень линейных и нелинейных искажений и т.п.). Вопросу выбора и стабилизации положения рабочей точки транзисторного каскада целиком посвящена глава 3. Но из сказанного здесь читатель должен понять, что существует два существенно различающихся аспекта проектирования транзисторных схем. Первый — это организация питания и установка правильного режима по постоянному току, а второй — обеспечение усиления проходящего через усилитель переменного сигнала. Конечно, между этими двумя задачами существуют определенные пересечения, и в целом невозможно сосредотачиваться на решении одной из них, абсолютно забыв о другой, но они все равно остаются разными задачами, требующими различных подходов к своему решению.
Ясно, что при расчете цепей по постоянному току необходимо оперировать абсолютными значениями токов и напряжений, действующими в цепях, и опираться на соответствующие модели, отражающие работу транзисторов и таких режимах. А вот для анализа поведения схем при подаче на них переменных сигналов указанный метод оказывается неудобным. Действительно, зачем проводить расчеты при полных напряжений и токов в цепях, да еще и изменяющихся во времени, если нас интересует только поведение небольшой переменной составляющей, отражающей уровень полезного сигнала.
Для решения указанной задачи проводится так называемый малосигнальный анализ цепей. При этом используют малосигнальные эквивалентные схемы и группы малосигналъных параметров. Основным допущением, используемым в такой модели, является требование об относительно небольшой величине переменной составляющей посравнению с действующими в цепях постоянными токами и напряжениями. Если это требование нарушается, то большинство результатов, полученных с помощью мало сигнального, анализ не отвечают действительным процессам в цепях — требуется расчет полных токов и напряжений.
Коэффициент передачи
Коэффициент передачи — это функция, определяемая как отношение выходного сигнала усилителя к его входному сигналу. В зависимости от формы математического представления самих сигналов различаются и формы представления коэффициента передачи (наиболее распространены операторные формы по Фурье или Лапласу, а соответствующие коэффициенты передачи иногда называют операторными коэффициентами передачи). При рассмотрении высоколинейных схем, которые не вносят в усиливаемый сигнал амплитудных искажений и фазовых сдвигов, вместо комплексной функции операторного коэффициента передачи оперируют более понятными, имеющими достаточно простую интерпретацию коэффициентами усиления. Различают:
коэффициент усиления по напряжению
— где 
и 
амплитудные или действующие значения выходного и входного сигналов;
коэффициент усиления по току
—где 
и 
амплитудные или действующие значения выходного и входного токов.
коэффициент усиления по мощности
Довольно часто коэффициенты усиления выражают в логарифмических единицах — децибелах, [дБ]:
Логарифмические единицы удобны тем, что если известны коэффициенты усиления отдельных каскадов или узлов усилителя, то его общий логарифмический коэффициент усиления находится как алгебраическая сумма логарифмических коэффициентов усиления отдельных каскадов:
=К1 К2К3...;
Более того, логарифмические единицы оказались настолько удобны при проектировании схем, что появился даже ряд производных от них величин. Например, мощность сигнала в схеме часто оценивается по отношению к уровню мощности в 1 мВт. При этом со знаком "+" или "-" пишется разность в децибелах текущего уровня мощности от уровня 1 мВт, который принимается за точку отсчета. Такие единицы принято обозначать дБм (децибел милливатт), т.е., например, сигнал мощностью 1 мВт в таких единицах равен 0 дБм, сигнал 10 мВт — +10 дБм, 0,01 мВ т — -20 дБм и т.п. Точно так же можно выражать и напряжение сигнала, при этом только необходимо зафиксировать сопротивление нагрузки, на котором обеспечивается данное напряжение. В высокочастотной технике используются единицы дБмкВ (децибел микровольт). Здесь за нулевую принимается точка в 1 мкВ, а сопротивление нагрузки всегда считается равным 50 Ом.
Динамический диапазон
Отношение (в децибелах) наибольшего допустимого значения амплитуды входного напряжения к ее наименьшему допустимому значению называется динамическим диапазоном амплитуд (или просто динамическим диапазоном). Максимально допустимая амплитуда входного напряжения усилителя ограничена искажениями сигнала, вызванными выходом рабочих точек усилительных каскадов за пределы линейного участка характеристики управления (точка компрессии). В то же время минимальная амплитуда обычно ограничена по величине (снизу) уровнем собственных шумов усилителя, на фоне которых полезный сигнал не удается выделить с надлежащим качеством.
Обратные связи в усилителях
Одной из особенностей электронных усилителей является то, что они обладают преимущественно однонаправленной передачей сигналов, т.е. такой, при которой прохождение сигнала со входа на выход существенно лучше, чем обратное прохождение с выхода на вход. Однако иногда такое прохождение (с выхода на вход) может оказаться полезным (в какой-то мере это всегда и неизбежно ввиду наличия внутренних паразитных связей в транзисторах усилительного каскада). В этом случае говорят о введении в усилительный каскад цепей обратной связи (ОС).
Цепи ОС позволяют существенно влиять на многие параметры усилительных каскадов. В первую очередь к ним относятся: коэффициент усиления, амплитудно-частотная характеристика, входное сопротивление и т.п. Различают положительную (ПОС) и отрицательную (ООС) обратные связи. Возникающие помимо желания разработчика обратные связи принято называть паразитными.
Для реализации обратных связей могут использоваться самые разнообразные схемотехнические решения. В общем случае в транзисторных усилительных каскадах имеет смысл различать обратную связь по току и обратную связь по напряжению.
Вообще, изучение видов, способов реализации и характера влияния различных ОС на усилительные каскады не относится к задаче этой книги. Для подробного изучения теории обратной связи следует обратиться к специальной литературе (см. список литературы в конце книги). Однако в дальнейшем при описании конкретных схем будут приводиться и варианты включения в них различных цепей ОС, оказывающих положительное влияние на характеристики и параметры.
Список литературы
1) Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. — М.: Радио и связь, 2005
2) Булычев А.Л. и др. Электронные приборы: Учебник. — М.: Лайт Лтд., 2008
3) Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов. — М.: Горячая Линия — Телеком, 2009
4) Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. — СПб.: Корона-принт, 2008
5) Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем.— М.: 2007
6) Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. — М.: Мир, 2003.
Содержание
1. Виды транзисторных усилителей
2. Основные задачи проектирования транзисторных усилителей
3 Применяемые при анализе схем обозначения и соглашения
4. Статистические характеристики
5. Статические и дифференциальные параметры транзисторов
6. Основные параметры усилителей
7. Обратные связи в усилителях
Список литературы
Виды транзисторных усилителей
Усилитель осуществляет увеличение энергии управляющего сигнала за счет энергии вспомогательного источника. Входной сигнал является как бы шаблоном, в соответствии с которым регулируется поступление энергии от источника к потребителю усиленного сигнала.
Электронными называют усилители электрических сигналов с регулирующими элементами на полупроводниковых или электровакуумных приборах.
Прежде чем описывать специфику работы конкретных усилительных каскадов на транзисторах, следует получить четкое представление о том, каково основное предназначение данных каскадов. Ведь усиливаться могут различные показатели электрических сигналов и при различных ограничениях и условиях. Да и само понятие "усиление" иногда требует пояснения.
В общем, возможна классификация усилителей по очень большому количеству признаков, относящихся как к виду выполняемых ими функций, так и к качеству или способу выполнения этих функций. В дальнейшем мы будем придерживаться следующего разделения усилителей на группы.
По виду сигналов, для усиления которых предназначен усилитель:
· усилители гармонических сигналов (при построении усилителей гармонических сигналов важнейшим является обеспечение минимального уровня вносимых в сигнал искажений);
· усилители импульсных сигналов (усилители импульсных сигналов обычно используют различные ключевые режимы работы транзисторов, здесь важнейшим фактором является минимизация задержек фронтов и спадов усиливаемых сигналов, а также устранение паразитных выбросов токов и напряжений, неизбежно возникающих при прохождении таких сигналов через каскады усиления).
По способности усиливать постоянные и переменные сигналы:
· усилители постоянного тока (усилители, обладающие способностью усиливать весьма медленные колебания, в том числе и нулевой частоты, даже в том случае, если они в первую очередь предназначены для усиления мощности или напряжения переменных сигналов);
· усилители переменного тока (прочие — не обладающие способностью усиливать сигналы нулевой частоты — усилители).
По диапазону частот, на которые рассчитан усилитель:
· усилители низкой частоты (УНЧ); предназначены для усиления частот звукового диапазона (0,01...20 кГц);
· усилители высокой частоты (УВЧ); предназначены для усиления сигналов в радиочастотном диапазоне;
По соответствию вида амплитудно-частотной характеристики полосе частот рабочего сигнала:
· узкополосные усилители; на практике принято называть усилитель узкополосным, если полоса пропускаемых частот уже, чем это минимально необходимо для качественного воспроизведения спектра усиливаемого сигнала (узкополосные УНЧ имеют полосу пропускания менее 2,5...3 кГц; узкополосные УВЧ, например, для применения в телевидении, обладают полосой пропускаемых частот4,5...5 МГц, что меньше минимально необходимого для качественного воспроизведения телевизионного сигнала);
· широкополосные усилители (часто для уменьшения нелинейных искажений и повышения устойчивости усилителя выгодно реализовывать в нем максимально широкую полосу пропускания, гораздо шире, чем это реально необходимо для всех возможных частот рабочего сигнала);
По форме амплитудно-частотной характеристики:
· избирательные или резонансные усилители (имеют частотную характеристику полосового фильтра или резонансного колебательного контура);
· апериодические усилители (имеют частотную характеристику, по форме напоминающую характеристику LС-цепи, т.е. плавно убывающую по мере роста частоты).
По усиливаемому электрическому показателю (данный признак классификации имеет в виду предназначение усилителя):
· усилители напряжения (определяющим свойством усилителя является усиление напряжения);
· усилители тока (определяющим свойством усилителя является усиление тока);
· усилители мощности (под усилителем мощности обычно понимается усилитель или его оконечная выходная часть, рассчитанная на отдачу в цепь внешней нагрузки определенной мощности при заданной величине входного сигнала).
Дата: 2019-04-23, просмотров: 174.
