Усилители переменного тока

Одиночные усилительные каскады. Схема стабилизации рабочей точки покоя. Каскад с общим эмиттером. Схема замещения. Каскад с общим коллектором.

Многокаскадные усилители. Паразитные связи. Помехи. Методы борьбы.

Методические указания

Усилители переменного тока служат для усиления сигналов, в которых нет постоянной составляющей. Усилительный каскад с общим эмиттером требует из-за нетермостабильности применения схемы стабилизации рабочей точки покоя. Двухкаскадный усилитель переменного напряжения с емкостной связью представляет собой два каскада с общим эмиттером, соединенных через конденсатор.

Паразитные обратные связи возникают благодаря передаче энергии электромагнитного поля с выхода на вход, в частности через паразитные емкости и взаимоиндуктивности, а также из-за внутреннего сопротивления источника питания. Методы борьбы с паразитными обратными связями: правильное взаимное расположение элементов, экранирование и применение развязывающих фильтров.

Литература: [1, с. 247 – 253; 2, с. 68 – 74].

Контрольные вопросы

1. Как стабилизировать рабочую точку покоя?

2. Как определить коэффициент усиления каскада с ОЭ?

3. Как определить АЧХ каскада с ОЭ? Как можно влиять на нее?

4. В чем состоят преимущества каскада с ОК?

5. Как строятся многокаскадные усилители переменного тока?

Усилители постоянного тока

Назначение и особенностиусилителей постоянного тока (УПТ). Трудности согласования каскадов. Дрейф нуля и методы его уменьшения. Классификация усилителей.

Усилители с промежуточным преобразованием. Модулятор. Демодулятор. Усилители прямого усиления и элементы аналоговых ИМС. Дифференциальный усилительный каскад. Каскад сдвига уровня. Каскад усиления мощности.

Методические указания

УПТ - это усилитель с полосой пропускания, включающей нулевую частоту. УПТ очень широко применяются в системах автоматического регулирования. В УПТ применяется гальваническая связь каскадов. Из-за этого возникает ряд проблем:а) трудность согласования потенциалов соседних каскадов, трудность независимого выбора рабочей точки покоя;б) нестабильность выходного сигнала при изменении напряжения питания, температуры, параметров элементов, получившая название дрейф нуля. Обратите внимание на причины и пути уменьшения дрейфа нуля.

Дифференциальный (балансный) усилительный каскад (ДУ) имеет ряд преимуществ: входной сигнал подается относительно земли, малый дрейф нуля, ослабляется синфазный сигнал, что обеспечивает высокую помехоустойчивость, так как помехи одновременно поступают на оба входа.

Выходной каскад усиления мощности с заземленной нагрузкой обеспечивает усиление мощности. При этом выходной сигнал снимается относительно земли. Эти каскады являются основой создания операционных усилителей.

Литература: [1, с. 253 – 258; 2, с. 74 – 80].

Контрольные вопросы

1. В чем состоят особенности УПТ?

2. Что такое дрейф нуля и как с ним бороться?

3. Как в дифференциальном усилительном каскаде уменьшается дрейф нуля без уменьшения коэффициента усиления?

4. Что такое коэффициент передачи дифференциального и синфазного сигнала?

5. Каков недостаток дифференциального усилительного каскада и как с ним борются?

6. Как работает усилитель мощности с заземленной нагрузкой?

Аналоговые ИМС и устройства на их основе

Классификация. Операционные усилители. Характеристики и параметры. Схемы замещения. Инвертирующий усилитель Неинвертирующий усилитель. Повторитель. Интегратор. Компаратор. Регенеративный компаратор (триггер Шмидта). Мультивибратор. Элементы расчета схем. Частотные свойства.

Методические указания

Операционный усилитель (ОУ) - это усилитель постоянного тока прямого усиления с дифференциальным входом, предназначенный для выполнения математических операций. Обратите внимание на передаточные характеристики ОУ по инвертирующему и неинвертирующему входам. Современные ОУ характеризуются очень высоким коэффициентом усиления (k_u=10³...10⁷) и очень большим входным сопротивлением ( до 10⁷ Ом). При анализе схем с ОУ обычно применяют допущения, существенно упрощающие расчеты:

1) входное сопротивление , оно действительно велико, см. выше;

2) напряжение непосредственно на входе в точке суммирования . Оно мало по сравнению с выходным и с входным напряжениями, т.к. k_u очень велико).

Чтобы ОУ выполнял различные операции, его по-разному включают, охватывают различными обратными связями. Коэффициент усиления инвертирующего и неинвертирующего усилителя определяется отношением резисторов и не зависит от коэффициента усиления операционного усилителя. Нужноуметь определить какой сигнал будет на выходе интегратора, если известен сигнал, подаваемый на вход.

Компаратор - это устройство для сравнения двух сигналов. Недостаток компаратора – низкая помехоустойчивость. Это вызвано тем, что помеха накладывается на полезный сигнал и вызывает многократные ложные переключения.Регенеративный компараторприменяется для повышения помехоустойчивости. Передаточная характеристика регенеративного компаратора имеет петлю гистерезиса. Преимущества регенеративного компаратора: большая помехоустойчивость и быстрое переключение. Недостаток: меньшая точность.

Мультивибратор - это генератор прямоугольных колебаний. Нужно уметь путем изменения параметров схемы повлиять на частоту мультивибратора.

Литература: [1, с. 258 – 267; 2, с. 80 – 89].

Контрольные вопросы

1. Обоснуйте допущения, принимаемые при расчете схем на основе ОУ.

1. Как определить коэффициент усиления (коэффициент передачи) инвертирующего усилителя?

2.  Как определить коэффициент усиления (коэффициент передачи) неинвертирующего усилителя?

3. Как определить коэффициент усиления повторителя?

4. Какой сигнал будет на выходе интегратора, если на вход подается знакопеременный прямоугольный входной сигнал?

5. Какой сигнал будет на выходе интегратора, если на вход подается серия однополярных прямоугольных импульсов?

6. Как работает компаратор?

7. В чем преимущества регенеративного компаратора перед простым компаратором? В чем его недостаток?

8. Поясните временные диаграммы мультивибратора. Как можно изменить частоту?

 

Цифровые ИМС (ЦИМС)

Общая характеристика ЦИМС. Классификация. Типы логических схем и их сравнение. Элементы алгебры логики.

Комбинационные ЦИМС. Схемы ДТЛ и ТТЛ. Характеристики и параметры

Последовательностные ЦИМС. Определение и классификация. RS-триггер. Синхронный RS-триггер. Д-триггер. JK-триггер. Т-триггер.

Понятие о микропроцессорах (МП) и МП-системах. ЦИМС – элементы ЦВМ.

 

Методические указания

Цифровые схемы, которые управляются уровнями напряжения, называются потенциальными. Логические микросхемы делятся на комбинационные и последовательностные микросхемы.

Принцип действия комбинационных схем рассмотрите на примере схемы типа ТТЛ. Состояние входов и выходов логического элемента характеризуется таблицей истинности. Обратите внимание на характеристики, а также статические и динамические параметры ЦИМС.

Логические схемы с памятью могут создаваться на основе комбинационных схем. Триггер - это элементарная последовательностная схема с двумя устойчивыми состояниями выходов. Выходы триггеров находятся в противоположном состоянии (в противофазе). Входной сигнал может перевести триггер из одного устойчивого состояния в другое. По структуре триггеры делятся на: RS-триггеры, JK- триггеры, Т-триггеры, D-триггеры и др. Переключения триггера определяются по таблице переключений. RS-триггер имеет запрещенные комбинации входных сигналов. Определите, что произойдет при подаче на вход триггера этих сигналов. JK-триггер состоит из двух триггеров – триггера внутренней памяти и выходного триггера. Обратите внимание на его преимущество. Подумайте, как его превратить в Т-триггер.

Литература: [1, с. 268 – 278; 2, с. 90 – 103].

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются ЦИМС от АИМС?

2. В чем отличие последовательностных схем от комбинационных?

3. Какие типы логик Вы знаете?

4. В чем отличие синхронных схем от асинхронных?

5. Принцип действия схемы ТТЛ.

6. Что такое таблица истинности?

7. Назовите характеристики комбинационных ИМС и объясните их вид.

8. Что можно определить по характеристикам комбинационных схем?

9. Динамические свойства АИМС.

10. Основные виды триггеров.

11. Что такое таблица переключений?

12. Что будет с RS -триггером, если на его входы подать запрещенную комбинацию сигналов?

13. В чем преимущества синхронных схем перед асинхронными?

14. В чем преимущества JK-триггера по сравнению с RS-триггером?

15.  Как превратить JK-триггер в T-триггер.