Усилители электрических сигналов - это электронные устройства, предназначенные для усиления или повышения мощности входных сигналов за счет энергии источника питания.

Если рассматривать источник сигнала, который управляет передачей энергии источника питания в нагрузку R_н, как идеальный генератор напряжения Е с внутренним сопротивлением R_вн, а усилитель как эквивалентный четырехполюсник с параметрами, указанными на рис. 7.1,

Рис. 7.1.

то в зависимости от соотношения входного сопротивления усилителя R_вх и R_вн различают:

· усилитель напряжения, если R_вх>>R_вн;

· усилитель тока, если R_вх<<R_вн;

· усилитель мощности, если R_вх » R_вн.

В зависимости от соотношения выходного сопротивления усилителя R_вых и R_н:

· усилитель напряжения, если R_вых<<R_н;

· усилитель тока, если R_вых>>R_н;

· усилитель мощности, если R_вых » R_н.

Существует несколько десятков показателей и характеристик усилителей. Однако, для описания основных свойств конкретного усилителя часто бывает достаточно около десяти наиболее важных показателей. К ним относятся:

- выходные и входные показатели (иначе, данные или параметры) усилителей;

- коэффициенты усиления и коэффициент полезного действия;

- амплитудная характеристика и динамический диапазон;

- собственные помехи усилителей;

- нелинейные искажения усилителей;

- линейные искажения: амплитудночастотные, фазочастотные и пере-ходные;

- амплитудночастотная характеристика (АЧХ), фазочастотная характе-ристика (ФЧХ) и переходная характеристика (ПХ);

- стабильность показателей усилителей.

37. Вторичные источники питания Назначение вторичных источников питания (ВИП) – преобразование сетевого напряжения в постоянные напряжения заданных номиналов, необходимые для обеспечения работоспособности электронных схем. Можно выделить две основные структурные схемы ВИП: классическую (сетевой трансформатор-выпрямитель-фильтр-стабилизатор постоянного напряжения) и импульсную(выпрямитель сетевого напряжения - высокочастотный преобразователь в импульсные напряжения необходимых номиналов – выпрямитель импульсного напряжения – сглаживающий фильтр – стабилизатор постоянного напряжения). Классическая схема, обладая простотой реализации, имеет существенный недостаток – громоздкий сетевой трансформатор, поэтому в настоящее время широкое применение получили импульсные ВИП, которые несмотря на большее число структурных блоков, в целом имеют меньшие габариты и вес поскольку эти параметры у высокочастотных трансформаторов на ферритовых сердечниках несравнимо лучше чем у сетевых трансформаторов с сердечниками из электротехнической стали. Структурная схема классического ВИП представлена на рис.82.

Рис. 82. Структура классического ВИП

Трансформатор-преобразует сетевое напряжение в переменные напряжения, необходимые для формирования заданных уровней постоянных выходных напряжений. Выбор типа магнитопровода из стандартизированных значений производится по так называемой габаритной мощности, определяемой по заданной мощности во вторичных обмотках (суммарной мощности нагрузки).
Выпрямитель - преобразует переменное напряжение в пульсирующее, содержащее постоянную составляющую и переменное напряжение пульсаций.Схема однополупериодного выпрямителяприведена на рис.83. Во вторичных источниках питания данная схема практически не применяется и имеет лишь теоретический интерес. Временные диаграммы приведены на рис.84.

Рис.83 Рис.84
Наиболее распространенная схема двухполупериодного мостового выпрямителя, схема и временные диаграммы напряжений представлены на рис.87 и 88 соответственно .

Рис.88. Временные диаграммы Рис.87. Мостовой выпрямитель

Фильтр выполняет роль сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя, обычно это
Г - образный LC фильтр , в простейшем случае – однозвенный, реализованный на дросселе и конденсаторе (рис.89).

Рис.89.Однозвенный сглаживающий LC-фильтрСтабилизатор предназначен для поддержания неизменным в заданных пределах выходного постоянного напряжения при колебаниях входного напряжения ( поступающего с фильтра). Используются три основные схемы стабилизаторов: параметрический, компенсационный ,импульсный.
Схема параметрического стабилизатора

Рис.91. Принцип работы параметрического стабилизатора.

Рис.92. Компенсационный стабилизатор

Импульсный стабилизатор выходного напряжения в значительной степени свободен от указанного недостатка поскольку регулируемый транзистор работает в облегчённом режиме, однако он имеет несколько больший коэффициент пульсаций из-за необходимости фильтрации импульсной последовательности.Принцип работы релейного импульсного стабилизатора поясняется схемой , приведенной на рис.94.

Рис.94. Релейный импульсный стабилизатор

РЭ на схеме представлен транзистором VТ1, включенным по схеме с общим эмиттером, функции БС выполняет переменный резистор R4 делителя выходного напряжения (R2, R4, R6).Источником эталонного напряжения служит стабилитрон VD2, ИЭ выполнен на транзисторе VT2. Резисторы R1 ,R3, R5 обеспечивают допустимые режимы работы транзисторов, диод VD1 необходим для защиты VT1 от перенапряжений из-за э.д.с. Самоиндукции дросселя фильтра, возникающей при снижении тока через индуктивность (в паузе между импульсами на эмиттере VT1). Временная диаграмма, поясняющая процесс регулирования напряжения на нагрузке при отклонениях входного напряжения относительно номинального значения, приведена на рис.95.

Рис.95. Процесс релейного регулирования в импульсном стабилизаторе.

Структурная схема импульсногоИмпульсный вторичный источник питанияНовым элементом здесь является высокочастотный преобразователь постоянного напряжения в импульсную последовательность. В качестве такого преобразователя используются трансформаторные каскады, управляемые задающим импульсным генератором, или импульсные генераторы с самовозбуждением. Частота преобразования обычно находится в пределах 30 – 50 кгц. Састо применяется генервтор Роэра, рассмотренный в разделе "генераторы". Остальные блоки приведенной выше структурной схемы импульсного ВИП принципиально не отличаются от таковых для ВИП, выполненного по классической схеме.

38. Однофазные выпрямители. Схемы, принцип действия, параметры и характеристики.

Для выпрямления однофазного переменного напряжения применяют три схемы:

1) однополупериодная;

2) двухполупериодная мостовая;

3) двухполупериодная трансформаторная (с выводом средней точки).

Однополупериодная схема - в которой ток проходит через вентиль только в течение одного полупериода переменного напряжения источника.

Двухполупериодные схемы - в которых ток проходит через вентильную группу в течение двух полупериодов переменного напряжения источника.

Рассмотрим соотношения параметров в выпрямителях при следующих допущениях:

1) Индуктивное сопротивление рассеяния трансформатора и активное сопротивление его обмоток равны нулю;

2) Сопротивление вентиля в прямом направлении равно нулю, а в обратном равно бесконечности.

Однополупериодный однофазный выпрямитель

Временные диаграммы напряжений и токов:

Определим постоянную составляющую выпрямленного тока:

      Рис. 11.2.                                        Рис.11.3.

Так как , то

.

Но так как , т.е. , то

или

.                                                                                                                             (32)

Постоянная составляющая напряжения, выраженная через максимальное значение:

.                                                                                         (33)

Постоянная составляющая напряжения, выраженная через действующее значение:

                                                                                                    (34)

Таким образом, в данной схеме максимальное напряжение на диоде

,

т.е. напряжение на диоде в три раза больше, чем на нагрузке.

Среднее значение тока диода в этой схеме .

Величину пульсаций выпрямленного напряжения характеризуют коэффициентом пульсаций

,                                                                                                                                    (35)

где U_1m – амплитуда переменной составляющей напряжения, изменяющегося с частотой повторения импульсов, т.е. амплитуда первой гармоники.

Для однополупериодной схемы

, а .

Недостатки схемы:

1) большое значение коэффициента пульсаций ;

2) напряжение на нагрузке почти в 3 раза меньше, чем на диоде;

3) постоянная составляющая выпрямленного тока  значительно меньше тока  во вторичной обмотке трансформатора, что приводит к его недостаточному использованию по току.