Лекция 17 Источники вторичного электропитания и усилители

Лекция № 17 Источники вторичного электропитания и усилители. Усилители электрических сигналов 1. Классификация и параметры усилителей 2. Принцип действия усилительных каскадов 3. Операционные усилители 4. Устройства на основе операционных усилителей и их применение

1. Классификация и параметры усилителей Блок-схема усилителя напряжения Источник питания UП Источник сигнала r. Г u. Г 5 Усилитель iвх 1 uвх Приемник сигнала Rвых uвых kус uвх Rвх 2 3 iвых 0 Rн 4 2

Типы усилителей /согласование сопротивлений • Усилитель напряжения обеспечивает на нагрузке заданное выходное напряжение при выполнении условий: Rвx >> Rг и Rвых << Rн при этом обеспечивается относительно большие изменения напряжения на нагрузке при небольших изменениях токов во входной и выходной цепях • Усилитель тока обеспечивает на нагрузке заданное выходной ток при выполнении условий: Rвx << Rг и Rвых >> Rн при этом обеспечивается заданный ток в выходной цепи при малых значениях напряжения • Усилитель мощности согласован с источником входного сигнала и с приемником для передачи сигнала максимальной мощности при выполнении условий: 3 Rвx Rг и Rвых Rн

Усилители сигналов /классификация þ Усилители постоянного тока УПТ f = 0 fгр (fгр до 100 МГц) þ Усилители звуковых частот УЗЧ (УНЧ) f = 10 30 000 Гц þ Усилители высоких частот УВЧ f = 30 100 000 к. Гц þ Усилители сверх высоких частот УСВЧ f = 0, 1 10 000 МГц þ Широкополосные усилители f = 20 Гц 500 000 к. Гц 4

Многокаскадные усилители UП UП 5 Усилитель 1 Усилитель 2 3 1 UП 5 5 Усилитель N 3 1 выход вход 2 K = K e j j 0 4 2 2 4 0 0 4 К – модуль коэффициента усиления; j = jвых – jвх – фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями и токами. д. Б 20 40 60 80 100 раз 10 102 103 104 105 5

Характеристики усилителей АЧХ К/К 0 II I III 1 Кн 0 fн. гр К 0 Кв f 0 f fв. гр j ФЧХ p/2 jн 0 jв f -p/2 j = -2 pf / t 6

2. Принцип действия усилительных каскадов UП i 2 5 Rp Усилитель u. Г u 1 uвых u 1=0 Up UП 2 1 u 2 t 0 B 45 30 4 15 u 2(t) 0 0 2 u 1(t) 3 u 1=U 01 УЭ Ep B u 1=U 02=Ep 3 iвых Ip r. Г iвх 1 uвх u 1=U 03 t 7

2. Операционные усилители Основные понятия и обозначения uвхuвх+ 4 1 3 uвых 2 6 Источник питания 5 идеализаци я: 8

Неинвертирующий усилитель Uвх+ 1 3 Uвых 2 6 R 1 R 2 ПОВТОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ 1 Uвх 3 2 6 Uвых 9

Инвертирующий усилитель R 1 Iвх Uвх R 2 Iвых 1 2 6 Uвых 3 ИНВЕРТИРУЮЩИЙ СУММАТОР R 0 R 1 R 2 Uвх1 Iвых 1 R 3 Uвх2 Uвх3 2 6 3 Uвых 10

Интегратор С iвх uвх R iвых 1 2 6 3 uвых 11

Основные характеристики ОУ 12

Схемотехника ОУ 13

Обратные связи Разомкнутые элементы: Одним из основных свойств элементов электронных устройств является направленность их действия, заключающаяся в передаче сигнала только в одном направлении – со входа на выход. Входной сигнал элемента не зависит от выходного. Элементы с внутренней обратной связью или замкнутые элементы У некоторых элементов выходной сигнал оказывает влияние на входной – имеет место частичная передача энергии сигнала в обратном направлении с выхода элемента на его вход, т. е. существует обратная связь. Они могут быть представлены в виде разомкнутого элемента – четырехполюсника А и цепи обратной связи – четырехполюсника ОС 14

Цепь с обратной связью по напряжению U 1 U 1 Основной четырехполюсник, А Четырехполюсни к обратной связи, ОС U 2 KА(jw) = U 2 / U 1 KОС(jw) = U 1 / U 2 U 1 = U 1 – U 1 15

ПОС и ООС ПОС ООС 16

Автоколебания Вынужденные колебания Колебания на выходе усилителей, умножителей и преобразователей частоты, детекторов и модуляторов имеют место только в том случае, когда на их входы подаются определенные внешние сигналы. Эти колебания, вызываемые внешними воздействиями, называются вынужденными. Форма вынужденных колебаний, их амплитуда и частота зависят от вида и параметров входных сигналов. Автоколебания В отличие от вынужденных колебаний, колебания, самостоятельно возникающие в отсутствие внешних воздействий, называются автоколебаниями, а устройства и системы, в которых они возникают – автоколебательными. Такими устройствами являются разнообразные источники или 17 генераторы колебаний (автогенераторы)

Особенности автоколебаний • • • возникают они не за счет воздействия внешнего сигнала, а благодаря наличию некоторых особых свойств системы; форма возникающих колебаний, их амплитуда и частота также определяются свойствами самой системы; возникающие автоколебания, например напряжение на контуре генератора, обладают определенной энергией. Это означает, что в состав автоколебательной системы должен входить источник энергии, за счет расхода которой поддерживаются колебания. В большинстве случаев в автогенераторах используются источники энергии постоянного напряжения или тока. Такие автогенераторы являются преобразователями энергии постоянного напряжения или тока в энергию колебаний 18

Автогенераторы Генераторы, содержащие избирательный усилитель и внешнюю цепь обратной связи, называются автогенераторами с внешней обратной связью. Общая структурная схема автогенератора с внешней обратной связью нелинейный избирательный усилитель uвх Активный элемент iкол Колебательная система uвых Цепь обратной связи uос 19

Генераторы Принципиальная схема автогенератора на биполярном транзисторе с колебательным контуром в выходной цепи избирательный усилитель VT активный нелинейный элемент (транзистор) Uб 1 Сб L 2 Uв 1 Rб – Ек + L 3 колебательная система (колебательный контур) С 1 Uк 1 цепь обратной связи 20

График напряжения автогенератора uкэ(t) t 21