Вхідний опір та вихідний опір підсилювача

¾ У залежності від співвідношення внутрішнього опору джерела сигналу і вхідного опору підсилювача джерело сигналу може працювати в:

a) режимі холостого ходу (Rвх >Rг) ;

b) короткого замикання (Rвх <Rг) ;

c) узгодження (Rвх »Rг) .

¾ У залежності від співвідношення опору навантаження і вихідного опору підсилювача підсилювач може працювати в режимі:

a) холостого ходу (Rн >Rвих);

b) короткого замикання (Rн <Rвих);

c) узгодження(Rн »Rвих).

Відповідно до цього розрізняють як для вхідного так і для вихідного ланцюга режими посилення напруги (а), струму (b) і потужності (c).

5. Вихідна потужність характеризується номінальною вихідною потужністю.

6. Коефіцієнт корисної дії являє собою відношення вихідної потужності, що віддається підсилювачем у навантаження до загальної потужності, споживаної від джерела живлення:

(25.11)

h= Pвих /P0, (2.11)

де P0 - загальна потужність, споживана від джерела живлення

7. Робочий діапазон частот (смуга пропускання) – смуга частот від нижчої робочої частоти fн до вищої робочої частоти fв, у межах якої коефіцієнт підсилення або коефіцієнт перетворення підсилювача не виходить за межі заданих допусків.

8.

(25.12) (25.13)

Нормоване посилення на нижній (Gн) і вищої (Gв) частотах визначається як відношення коефіцієнта підсилення на верхній (Кв) та нижній (Кн) границях робочого діапазону до коефіцієнта підсилення на середній робочій частоті:

Gн = Кн/К , (2.12)

Gв = Кв/К , (2.13)

9.

(25.14) (25.15)

Коефіцієнт частотних перекручувань М– величина, зворотна нормованому посиленню на границях робочого діапазону:

Мн = 1/Gн (2.14)

Мв = 1/Gв (2.15)

10. Фазові перекручування з'являються унаслідок відхилення фазо-частотной характеристики реального підсилювача від ідеальної.

11. Нелінійні перекручування обумовлені нелинейностями амплітудної характеристики підсилювача. Кількість їх оцінюється коефіцієнтом нелінійних перекручувань Кнп або коефіцієнтом гармонік Кг:

(25.16)

(2.16)

(2.17)

	(25.17)

2.1.3 Основні характеристики підсилювачів

Характеристики перетворення показують, як перетвориться вхідний сигнал у залежності від параметрів підсилювача.

Амплітудно - частотна характеристика підсилювача – це залежність модуля коефіцієнта підсилення від частоти вхідного сигналу ( рисунок 2.1, б);

Фазо – частотна характеристика – це залежність кута зрушення фаз між вхідною і вихідною напругою від частоти (рисунок 2.1,в).

Амплітудно-фазова характеристика – це побудована в полярній системі координат залежність коефіцієнта підсилення і фазового зрушення підсилювача від частоти (рисунок 2.1, е).

Амплітудна характеристика - це залежність амплітудного значення напруги першої гармоніки вихідної напруги від амплітуди синусоїдальної вхідної напруги

Перехідна характеристика – це залежність від часу вихідної напруги підсилювача, на вхід якого поданий миттєвий стрибок напруги.

Рисунок.2.1

2.1.4 Закріплення вивченого матеріалу

Дати у зошиті відповіді на питання:

1 Які пристрої називаються підсилювачами?

2 Приведіть класифікацію підсилювачів .

3 Вкажіть основні принципи узгодження підсилювачів із джерелом сигналу.

4 Поясніть різницю між виборчим і широкополосним підсилювачем.

5 В скільки разів зміниться напруга сигналу на виході підсилювача, якщо його посилення зросте на 30дб?

6 Поясніть фізичне значення коефіцієнта гармонік.

7 Поясните фізичне значення дробового і теплового шуму

2.2 Самостійна робота № 17

Тема: Вплив зворотного зв'язку на параметри підсилювача, паразитний зворотний зв'язок. Визначення видів зворотних зв'язків

Мета:

Знати - вплив зворотного зв'язку на параметри підсилювача

Вміти - визначати види зворотних зв'язків підсилювача

План вивчення теми:

1. Види зворотного зв’язку

2. Вплив зворотного зв’язку на параметри підсилювача

Рекомендована література

Гершунский Б.С Основы электроники и микроэлектроники [Текст]: учебник / Б.С Гершунский.- К.: Вища школа, 1987.- 268 -282

2.2.1Види зворотного зв’язку

Зворотним зв'язком називають таку взаємодію напруг або струмів у ланцюгах електронної схеми, при якому частина енергії з вихідний ланцюга передається у вхідну ланцюг. Структурна схема електронного пристрою із зворотним зв'язком включає основний чотириполюсник підсилювача і пасивну ланцюг зворотного зв'язку (ЗЗ), що сполучає вихід підсилювача з його входом (рисунок 2.2).

1. Ланцюг ЗЗ разом з підсилювачем, до якого він підключений, утворює замкнутий контур, званий петлею зворотного зв'язку. Зв'язок може бути однопетлевий або багатопетлевий.

2. В електронних пристроях розрізняють внутрішній, зовнішній і паразитний зворотні зв'язки. Внутрішній ЗЗ є у всіх активних електронних приладах і залежить від їх фізичних властивостей. Зовнішній ЗЗ передбачає наявність спеціальних ланцюгів. Паразитний ЗЗ обумовлений ​​паразитними ємностями, індуктивними й іншими зв'язками, створюють канали передачі енергії сигналу з виходу на вхід. Всі види ЗЗ можуть сильно впливати на характеристики електронного пристрою, причому часто небажаним чином. Зазвичай в реальних схемах неможливо управляти внутрішніми або паразитними зворотними зв'язками, тому їх прагнуть зменшити. Зовнішній ЗЗ спеціально вводиться в схему для поліпшення окремих характеристик підсилювача.

3. Вплив ЗЗ може привести або до збільшення, або до зменшення сигналу на вході підсилювача.

У першому випадку зворотний зв'язок називають позитивним (ПЗЗ), у другому - негативним.

Зворотній зв'язок називається негативним (НЗЗ), якщо напруга зворотного зв'язку Uзз, що знімається з виходу підсилювального пристрою, подається на його вхід протифазно вхідній напрузі Uвх (рисунок 2.3). При цьому результуюча вхідна напруга U_вх яка підлягає посиленню, зменшується:

U₀ = U_вх – Uзз (2.18)

Зворотній зв'язок називається позитивним, якщо напруга зворотного зв'язку Uзз, що знімається з виходу підсилювального пристрою, подається на його вхід у фазі з вхідною напругою Uвх (рисунок 2.4).

При цьому результуюча вхідна напруга U₀ збільшується :

U₀ = U_вх + U_зз (2.19)

4. ЗЗ розрізняють у залежності від способу одержання сигналу:

- зворотний зв'язок за струмом;

- зворотний зв'язок по напрузі.

а) б)

а)- зворотний зв'язок за струмом; б)- зворотний зв'язок по напрузі

Рисунок 2.5

Зворотний зв'язок називається зворотним зв'язком за струмом, коли величина напруги зворотного зв'язку пропорційна вихідному струму (рисунок 2.5, а).

Зворотний зв'язок називаєтьсязворотним зв'язком по напрузі, коли величина напруги зворотного зв'язку пропорційна величині вихідної напруги (рисунок 2.5, б).

5. ЗЗ розрізняють по способу уведення у вхідний ланцюг сигналу ЗЗ:

а) б)

а)- паралельний зворотний зв'язок; б)- послідовний зворотний зв'язок

Рисунок 2.6

Зворотний зв'язок називається паралельним, при якому напруга зворотного зв'язку Uзз подається у вхідний ланцюг пристрою паралельно вхідній напрузі джерела сигналу (рисунок 2.6, а).

Зворотний зв'язок називається послідовним, якщо він подається у вхідний ланцюг пристрою послідовно з вхідною напругою (рисунок 2.6, б).

2.2.2 Вплив зворотного зв’язку на параметри підсилювача

Коефіцієнтом передачі напруги зворотного зв'язку b називається число, що показує відношення величини напруги зворотного зв'язку Uзз до величини вихідної напруги Uвих:

b = Uзз / Uвих (2.20)

Коефіцієнт посилення підсилювального каскаду з послідовним НЗЗ зворотним зв'язком по напрузі:

К_НЗЗ = К / (1​​+ bК) , (2.21)

де К - коефіцієнт підсилення каскаду без негативного зворотного зв'язку.

К_НЗЗ < К.

Величина (1±bК) називається глибиною негативного зворотного зв'язку.

Коефіцієнт посилення каскаду з позитивним зворотним зв'язком дорівнює

К_ПЗЗ = К/ (1 ​​- bК)> К (2.22)

К_ПЗЗ > К.

К_ЗЗ = К / (1​​± bК) (2.23)

1. При bК>1 (перша умова виникнення автоколивань) підсилювач утрачає стійкість і не може розглядатися як підсилювач, тому що вихідний сигнал перестає бути однозначно залежним від вхідного сигналу. При цьому можливо виникнення автоколивань, коли вихідна напруга мало залежить від вхідного сигналу і періодично змінюється з якою-небудь частотою, або поява «тригерних ефектів», при яких підсилювач стрибкоподібно переходить з одного стійкого стану в інший при визначеному рівні вхідного сигналу. У такий спосіб на виході підсилювача виникають незатухаючі коливання або максимальна напруга, що може з'явитися в підсилювачі. Форма автоколивань залежить від характеру і параметрів ланцюга ЗЗ і коефіцієнта петлевого посилення.

2. При ПЗЗ (зрушення фаз між вхідним і вихідним сигналами дорівнює j=0) можна сформулювати другу умову виникнення автоколивань : фазове зрушення, що вноситься підсилювачем і ланцюгом ЗЗ повинні дорівнювати 0 на частоті автоколивань.

При розрахунку підсилювачів і виборі частоти роботи пристрою необхідно мати на увазі:

а) якщо на якійсь частоті виконуються умови Кb >1 і j=0, то підсилювач утрачає свою стійкість.

б) якщо ці умови виконуються тільки на одній частоті, то сигнал автоколивань буде мати синусоїдальну форму.

в) якщо ці умови виконуються в смузі частот (wн > 0), то вихідний сигнал автоколивань буде мати несинусоїдальну форму.

г) якщо ці умови виконуються на нульовій частоті, то сигнал автоколивань буде мати місце тригерний ефект.

У реальних підсилювачах коефіцієнт підсилення залежить від напруги живлення, від t⁰C, від режиму роботи, старіння елементів і ін. факторів.

Застосування НЗЗ забезпечує :

1. Підвищення стабільності коефіцієнта підсилення при зміні активних компонентів, зміні напруги джерела живлення, і так далі;

2. Розширення смуги пропущення підсилювача;

3. Зменшення фазового зрушення між вхідною і вихідною напругами;

4. Зниження рівня нелінійних перекручувань і власних перешкод у тій частині підсилювача, що охоплена НЗЗ.

При глибокому НЗЗ посилення визначається ланцюгом ЗЗ. В ланцюзі ЗЗ використовують пасивні R, C, L елементи зі стабільними характеристиками, тому сам підсилювач в цілому залишається стабільним.

Вплив ЗЗ на АЧХ показано на рисунку 2.7.

2.2.3 Закріплення вивченого матеріалу

Дати у зошиті відповіді на питання:

1. Що таке зворотний зв'язок?

2. Складіть структурні схеми підсилювачів зі ЗЗ:

¾ позитивним, послідовним, по напрузі;

¾ негативним, послідовним, по струму;

¾ негативним, паралельним, по напрузі.

3. Поясніть фізичне значення зміни величини коефіцієнта підсилення при введенні НЗЗ

2.3 Самостійна робота № 18

Тема: Підсилювачі потужності. Побудова прохідної характеристики підсилювача. Вихідні каскади підсилювачів.

Мета:

Знати – послідовність виконання розрахунків підсилювачів потужності

Вміти - визначати динамічні характеристики підсилювача по змінному струму, виконувати розрахунок ККД підсилювачів потужності

План вивчення теми:

1. Режими роботи вихідних каскадів ПНЧ

2. Однотактний трансформаторний каскад

3. Двотактні трансформаторні каскади посилення потужності

4. Безтрансформаторні вихідні каскади підсилення

Рекомендована література

Гершунский Б.С Основы электроники и микроэлектроники [Текст]: учебник / Б.С Гершунский.- К.: Вища школа, 1987.-с.256-265.