Структурная схема усилителя. Разновидности усилителей и их особенности

КАФЕДРА РТТ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

По дисциплине «КОМПЬЮТЕРНАЯ ЭЛЕТРОНИКА»

Часть 2

Автор: доцент, к.т.н. Дмитренко В.П.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

АХ – амплитудная характеристика

АЧХ – амплитудно-частотная характеристика

БТ - биполярный транзистор

ДУПТ - дифференциальный УПТ

ЖМВ - ждущий мультивибратор

ИНУ - инвертирующий усилитель

ИС – интегральная схема

КЦУ - комбинационное цифровое устройство

ЛП - логический перепад

ЛЭ - логический элемент

МВ – мультивибратор

НИУ - неинвертирующий усилитель

ОВ - одновибратор

ООС – отрицательная ОС

ОС – обратная связь

ОУ – операционный усилитель

ПОС – положительная ОС

ПТ - полевой транзистор

ПТУП - полевой транзистор с управляющим p-n переходом

ПХ - передаточные характеристики

ПЦУ - последовательностные цифровые устройства

СВП - система высоких потенциалов

СНП - система низких потенциалов

ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика

УМ - усилитель мощности

УПТ - усилитель постоянного тока

УЭ - усилительный элемент

ФЧХ – фазо-частотная характеристика

ЭСЛ – эмиттерно-связанная логика

MS - Muster Slave (хозяин-раб)

T - True (истина)

F- False (ложь)

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

5 УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ…………………………

5.1 Структурная схема усилителя. Разновидности усилителей и их особенности………………………………………………………………………..

5.2 Параметры усилителей……………………………………………………….

5.3 Характеристики усилителей…………………………………………………

5.4 Основные режимы (классы) работы усилителей……………………………

5.4.1Точка покоя усилителя……………………………………………………..

5.4.2 Работа усилителя в режиме класса А…………………………………….

5.4.3 Классы В и С. Угол отсечки………………………………………………

5.5 Цепи смещения усилительных каскадов……………………………………

5.5.1 Схема смещения фиксированным током базы…………………………..

5.5.2 Схема смещения фиксированным напряжением на базе……………….

5.6 Температурная стабилизация усилителей………………………………….

5.7 Обратные связи (ОС) в усилителях…………………………………………

5.7.1 Петля ОС…………………………………………………………………...

5.7.2 Разновидности ОС…………………………………………………………

5.7.3 Обозначение величин в усилителях с ОС………………………………..

5.7.4 Параметры усилителя с ОС……………………………………………….

5.7.5 Отрицательная ОС (ООС) в усилителях…………………………………

5.7.6 Параметры усилителя с ООС……………………………………………..

5.7.7 Положительная ОС (ПОС) в усилителях………………………………...

5.7.8. Примеры усилителей с полной ООС – повторители напряжения…

5.8 Усилители постоянного тока (УПТ)……………………………………….

5.8.1 Особенности УПТ. Дрейф нуля………………………………………….

5.8.2 Четырехплечий мост с параллельным балансом. Принцип балансного усилителя………………………………………………………………………….

5.8.3 Дифференциальный УПТ (ДУПТ)………………………………………

5.9 Операционные усилители (ОУ)……………………………………………

5.9.1 Общие свойства ОУ……………………………………………………...

5.9.2 Типовая схема включения ОУ…………………………………………..

5.9.3 Основные характеристики ОУ…………………………………………..

5.10 Вопросы для самопроверки………………………………………………

6 Устройства аналоговой и импульсной электроники на основе ОУ………………………………………………………………………

6.1 Инвертирующий усилитель (ИНУ)…………………………………………

6.1.1 Масштабирующий усилитель. Инвертор полярности…………………

6.2 Неинвертирующий усилитель (НИУ)………………………………………

6.2.1Неинвертирующий повторитель напряжения………………………….

6.3 Преобразователь тока в напряжение………………………………………

6.4 Инвертирующий сумматор…………………………………………………

6.5 Интегрирующий усилитель ( интегратор)…………………………………

6.6 Компараторы напряжения………………………………………………….

6.7 Генераторы прямоугольных импульсов – мультивибраторы (МВ)……

6.7.1 Общие сведения……………………………………………………………

6.7.2 Автоколебательный МВ на ОУ…………………………………………..

6.7.3 Ждущий мультивибратор на ОУ………………………………………...

6.8 Повышение мощности выходного сигнала ОУ……………………………

6.9 Вопросы для самопроверки…………………………………………………

7 ЦИФРОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ……...

7.1 Элементы алгебры логики…………………………………………………..

7.1.1 Логическая переменная. Логические функции. Логические элементы..

7.1.2 Потенцияльное и импульсное управление. Положительная и отрицательная логика (СВП и СНП)……………………………………………………………...

7.1.3 Передаточная характеристика ЛЭ. Уровни логических сигналов……

7.1.4 Коэффициент объединения по входу. Коэффициент разветвления по выходу. Средняя мощность потребления………………………………………

7.2 Базовый элемент ТТЛ ИС……………………………………………………

7.2.1 Повышение нагрузочной способности ТТЛИС…………………………

7.2.2 Стробирование в ТТЛ ИС (пример 2ИЛИ – НЕ)……………………….

7.2.3 ТТЛ ИС с третьим (высокоимпедансным) состоянием…………………

7.3 Базовый элемент эмиттерно – связанной логики ( ЭСЛ)………………….

7.4 Базовые логические элементы на МОП транзисторах…………………….

7.4.1 ЛЭ И – НЕ и ИЛИ – НЕ на n–МОП (р–МОП) транзисторах………….

7.4.2 ЛЭ на КМОП структурах…………………………………………………

7.4.3 ЛЭ КМОП с тремя состояниями………………………………………….

7.5 Преобразование уровней ЛЭ……………………………………………….

7.6 Последовательностные цифровые устройства (ПЦУ)…………………….

7.6.1 Классификация интегральных цифровых триггеров…………………..

7.6.2 Обозначения входов в СВП и СНП……………………………………..

7.6.3 Асинхронные RS - триггеры…………………………………………….

7.6.4 Синхронный RS-триггер со статическим управлением……………….

7.6.5 D-триггеры (триггеры памяти)………………………………………….

7.6.6 Логические схемы D-триггеров (потенциальное управление)………..

7.6.7 Динамическое управление. Двухступенчатые триггеры……………...

7.6.8 Счетные триггеры (Т-триггеры) ………………………………………..

7.6.9 Универсальные JK-триггеры…………………………………………….

7.7 Регистры……………………………………………………………………..

7.7.1 Определение. Классификация…………………………………………...

7.7.2 Регистры памяти PI/PO – параллельные……………………………….

7.7.3 Последовательные регистры (SI/SO) – регистры сдвига……………..

7.8 Комбинационные цифровые устройства………………………………….

7.8.1 Мультиплексоры………………………………………………………...

7.8.2 Демультиплексоры………………………………………………………

7.9 Вопросы для самопроверки………………………………………………..

Литература………………………………………………………………….

 

УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Электронным усилителем называется устройство, служащее для усиления мощности электрического сигнала без искажения его формы и частоты. Принцип усиления рассмотрен в первой части конспекта лекций..

 

Структурная схема усилителя. Разновидности усилителей и их особенности

Структурная схема усилителя приведена на рис. 5.1

Рисунок 5.1 – Структурная схема усилителя

 

Здесь (1) – (2) – входные, а (3) – (4) – выходные клеммы. УЭ – усилительный элемент (БТ или ПТ). – внутреннее сопротивление источника усиливаемого сигнала. – входное сопротивление УЭ, на котором выделяется мощность входного сигнала. Усилительные свойства выходной цепи отображены дополнительным источником э.д.с. .

По назначению усилители делятся на усилители напряжения (УН), усилители тока (УТ) и усилители мощности (УМ), хотя по своей сути – все они УМ. Характеризуются, соответственно, , – комплексные коэффициенты усиления по напряжению и току, – по мощности.

У УН , , поэтому относительно большие изменения обеспечиваются при незначительных изменениях и .

У УТ , и нужное значение обеспечивается при незначительных изменениях .

У УМ , , в итоге обеспечивается и (это согласованный по мощности режим работы).

Отметим, что выделяют усилители переменного тока (просто «усилители») и УПТ – усилители постоянного тока.

Простейший узел, который обеспечивает усиление электрического сигнала, называется усилительным каскадом. Обычно усилители чаще всего многокаскадные. В этом случае на их работу оказывают влияние и цепи связи между каскадами.

 

Параметры усилителей

Будем рассматривать для усилителей переменного тока, а для УПТ – отдельно. Тогда под сигналом будем понимать его комплексную амплитуду на соответствующей частоте.

1. Комплексные коэффициенты усиления по напряжению и току

(5.1)

2. Коэффициент усиления по мощности

– всегда действительное число.

3. Коэффициенты усиления в логарифмических единицах

; ; .

 

4. Входное сопротивление по переменному току

5. Выходное сопротивление по переменному току (определяется при отключенном ).

6. Коэффициент полезного действия (КПД)

где – общая мощность, которая отбирается от источника питания.