Электронно-дырочный переход.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

 

 

Учебное пособие

 

Казань 2007

 

 

УДК 53 (075.8)

ББК 22.3я7

 

Промышленная электроника: Учебное пособие / А.В. Васильев, А.Н. Миляшов, Д.Д. Михайлов, Р.Ф. Сабитов, Ю.Г. Соколов, И.Г. Цвенгер, И.Р. Хайруллин; Казан. гос. технол. ун - т., Казань, 2006., 66 с., ISBN 0-0000-0.

Учебное пособие написано в соответствии с действующей программой курса промышленной электроники. Содержит все основные разделы курса. Рассмотрены физика явлений в полупроводниковых приборов и основные принципы построения электронных схем.

Предназначено для студентов всех форм обучения механических и технологических специальностей.

Подготовлены на кафедре Электропривода и электротехники КГТУ.

Табл. 0. Ил. 25. Библиогр.: 9 назв.

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского государственного технологического университета

Рецензенты:

 

 

ISBN 0-0000-0000-0 © Казанский государственный

технологический университет, 2006 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение. Полупроводниковые приборы………………………………………….4

1 Физика явления p-n - перехода. Диоды…………………………………………..6

2 Полупроводниковые выпрямители…………………………………………..….10

3 Сглаживающие фильтры………………………………………………………....25

4 Транзисторы………………………………………………………………………29

5. Полупроводниковые усилители………………………………………………...36

6. Усилители постоянного тока……………………………………………………50

7. Электронные генераторы………………………………………………………..55

Библиографический список………………………………………………………..65

 

 

ВВЕДЕНИЕ. Полупроводниковые приборы

Полупроводниковые приборы - электронные приборы, принцип действия которых основан на использовании свойств полупроводников.

К полупроводникам принято относить вещества, удельное электрическое сопротивление которых занимает промежуточное место между проводниками и диэлектриками при комнатной температуре лежит в пределах Ом·см. Вещества, удельное сопротивление которых меньше указанного предела, относят к проводникам. Вещества, удельное сопротивление которых больше указанного предела, относят к диэлектрикам.

В основе электрических явлений в полупроводниковых приборах лежат процессы движения свободных носителей электрических зарядов. Т.е. частиц, не связанных с отдельными атомами и способных свободно перемещаться в кристаллической структуре. В полупроводниках свободные носители зарядов могут образовываться в результате разрыва ковалентных ¨ связей и отделения от атомов полупроводника валентных электронов либо в результате ионизации атомов примесей. Процессы образования свободных частиц называются генерацией, а процессы возвращения свободных частиц в связанное состояние - рекомбинацией.

Процесс образования свободных носителей зарядов требует затраты некоторой энергии, необходимой для «освобождения» частиц из связанного состояния. Эта энергия может быть сообщена кристаллу в различной форме: в виде тепла (тепловая генерация), кинетической энергии движущегося тела (ударная генерация), энергии электрического поля (полевая генерация), энергии фотонов при облучении светом.

Рекомбинация частиц сопровождается выделением энергии, которая может быть излучена в виде фотонов (излучательная рекомбинация) или же воспринята кристаллической решеткой в виде фононов (безизлучательная рекомбинация).

В большинстве полупроводниковых приборов используется явление примесной проводимости. В качестве основного кристаллического вещества используют кремний или германий. Атомы кремния и германия четырехвалентны. В узлах кристаллической решетки германия расположено четыре атома. Валентные электроны атомов находятся в ковалентныхсвязях с валентными электронами соседних атомов. Благодаря ковалентным связям, атомы удерживаются в узлах кристаллической решетки. Если в кристаллическую решетку внести примесь пятивалентного вещества (сурьма, мышьяк, фосфор), то атомы примеси займут соответствующие места в узлах кристаллической решетки. Четыре валентных электрона каждого атома примеси войдут в ковалентные связи с соседними атомами германия, а пятые останутся незанятыми, и будут очень слабо связаны с атомами. Именно эти электроны и будут участвовать в проводимости, которая называется электронной. Атомы примеси, дающие избыточные электроны кристаллу основного вещества, называются донорами.

Если ввести в кристалл германия или кремния в качестве примеси трехвалентное вещество, например, бор, алюминий, галлий или индий, то одна из ковалентных связей в каждом атоме примеси окажется незанятой, и на нее может перейти валентный электрон с соседнего атома основного вещества. В следствии этого, в атоме основного вещества образуется недостаток электронов (дырки). Под действием электрического поля дырки будут перемещаться в направлении электрических силовых линий и создадут дырочную проводимость. Атомы трехвалентной примеси называют акцепторами, т.к. они присоединяют к себе валентные электроны основного вещества, образуя отрицательные ионы.

 

1 ФИЗИКА ЯВЛЕНИЯ P-N –ПЕРЕХОДА. диоды

 

Мостовая схема.

Рис. 5. Принципиальная схема мостового выпрямителя

Пусть в некоторый момент времени переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора таково, что потенциал точки Авыше потенциала точки В. Тогда от точки А(«+» источника напряжения) ток будет проходить через диод к точке Г, далее через нагрузку к точке Би через диод к точке В(«-» источника напряжения). В течение следующего полупериода, когда потенциал точки Ввыше потенциала точки А, ток от точки Вбудет проходить через диод , нагрузку и диод к точке А. Для первого полупериода направление тока показано сплошными стрелками, для второго полупериода направление тока показано пунктирными стрелками. В любой полупериод ток через нагрузку проходит в одном направлении.

Временные диаграммы мостовой схемы совпадают с диаграммами двухполупериодной схемы. Для мостовой схемы (при активной нагрузке) справедливы соотношения:

· Среднее значение выпрямленного напряжения:

. (34)

· Максимальное обратное напряжение на вентилях:

. (35)

· Максимальное значение тока вентиля:

. (36)

· Среднее значение тока вентиля:

. (37)

· Действующие значения токов, проходящих через вентили и обмотки трансформатора:

. (38)

· Коэффициент пульсаций:

. (39)

Выпрямленный ток в данной схеме, в отличие от двухполупериодной схемы со средней точкой, протекает во вторичной обмотке в течение обоих полупериодов то в одном, то в другом направлении, поэтому отсутствует намагничивание сердечника трансформатора. Это позволяет уменьшить размеры и массу трансформатора.

Когда диод не проводит ток, к его аноду приложен положительный потенциал с верхнего конца вторичной обмотки, а к катоду через открытый диод приложен отрицательный потенциал нижнего конца вторичной обмотки. Таким образом, в непроводящем направлении диод оказывается под напряжением вторичной обмотки трансформатора (35).

Т.е. обратное напряжение на мостовой схеме в 2 раза меньше, чем в двухполупериодной со средней точкой.

Преимущества мостовой схемы выпрямителя перед схемой со средней точкой:

· обратное напряжение, прикладываемое к неработающим диодам, в 2 раза меньше;

· конструкция трансформатора проще, так как не требуется вывода средней точки вторичной обмотки;

· возможность применения схемы без трансформатора, когда напряжение сети соответствует напряжению, которое должно быть приложено к мосту;

· габариты и масса трансформатора меньше вследствие лучшего использования обмоток.

Недостатком мостовой схемы следует считать наличие четырех диодов по сравнению с двумя диодами в схеме со средней точкой.

Трехфазные выпрямители.

Выпрямители трехфазного тока применяются, в основном, для питания потребителей средней и большой мощности. При этом они равномерно нагружают сеть трехфазного тока. Из всего многообразия схем трехфазных выпрямителей наиболее простой является трехфазная схема с нулевым, выводом, представленная на рис. «а».

Рассмотрим работу этой схемы в случае чисто активной нагрузки. Как видно из рис. 6а,схема состоит из трехфазного трансформатора Тр, трех вентилей и сопротивления нагрузки . Первичная обмотка трансформатора может быть соединена звездой или треугольником, вторичная - только звездой. Катоды вентилей , и соединенные между собой, имеют положительный потенциал по отношению к нагрузке . На нулевой точке трансформатора - отрицательный потенциал.

Рис. 6. Принципиальная схема трехфазного выпрямителя (а)

и диаграмма напряжений на фазах (б)

 

Вентили в приведенной схеме работают поочередно, каждый в течение одной трети периода, когда потенциал анода одного вентиля более положителен, чем потенциалы анодов двух вентилей, т. е. когда соответствующее фазное напряжение будет положительным и больше двух других фазных напряжений. Например, в интервале времени - (рис. 6б), когда напряжение положительно, а напряжения и или отрицательны, или положительны, но имеют меньшее значение, чем напряжение , ток будет проходить по фазе а вторичной обмотки трансформатора через вентиль и нагрузочный резистор . В следующую треть периода в интервале времени - будет работать вентиль , так как его анод имеет более высокий положительный потенциал, чем аноды вентилей и . Ток будет проходить по фазе b вторичной обмотки трансформатора через вентиль и нагрузку. Причем через нагрузку он будет проходить в том же направлении, что и в предыдущую треть периода. После этого будет работать вентиль ,затем снова вентиль и т.д.

На рис. 6б видно, что пульсации напряжения на нагрузке значительно меньше, чем в схемах выпрямителей однофазного тока, и их частота в 3 раза больше частоты сети, что облегчает фильтрацию. Если применить схему с большим числом вентилей, то пульсации еще больше уменьшаются, и поэтому в некоторых случаях можно обойтись без сглаживающих фильтров.

Основные расчетные соотношения для трехфазного выпрямителя:

· Среднее значение выпрямленного напряжения (находится путем интегрирования напряжения на вторичной обмотке трансформатора в интервале повторяемости формы выпрямленного напряжения):

, (40)

где - действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

· Максимальное значение обратного напряжения на вентиле:

, (41)

где - амплитуда фазного напряжения.

· Максимальное значение тока вентиля:

. (42)

· Среднее значение тока, протекающего через вентиль:

. (43)

· Коэффициент пульсаций:

. (44)

 

3 Сглаживающие фильтры

 

При рассмотрении схем выпрямителей было установлено, что выпрямленное напряжение всегда является пульсирующим и содержит кроме постоянной и переменные составляющие. Допустимые значения коэффициента пульсаций зависят от назначения и режима работы устройства. Поскольку в любой схеме выпрямителя коэффициент пульсаций выходного напряжения во много раз превышает пределы допустимых значений, на выходе выпрямителей включают сглаживающие фильтры. Основными требованиями, предъявляемыми к сглаживающему фильтру, являются уменьшение переменной составляющей и минимальное уменьшение постоянной составляющей выпрямленного напряжения. Последнее связано с тем, что фильтр включают между выпрямителем и нагрузкой и через него проходит весь ток нагрузки. При этом одновременно с уменьшением переменной составляющей за счет потерь в фильтре уменьшается и постоянная составляющая выпрямленного напряжения.

Одним из основных параметров фильтра является коэффициент сглаживания.

Коэффициентом сглаживания называют отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на выходе фильтра:

. (45)

Роль простейших сглаживающих фильтров могут играть индуктивные катушки (дроссели), включенные последовательно с нагрузкой, и конденсаторы, включенные параллельно нагрузке.

Рис.7. Простейшие L -, C - фильтры

 

Для обеспечения хорошего сглаживания необходимо, чтобы индуктивное сопротивление фильтра (рис. 7 ), включенного последовательно с нагрузкой, было значительно больше сопротивления нагрузки на частоте пульсаций , т. е. >> . Так как активное сопротивление дросселя обычно невелико, то постоянная составляющая выпрямленного тока не создаст потерь постоянного напряжения, и постоянные напряжения на входе фильтра и на нагрузке можно считать практически равными .

Применение индуктивного фильтра выгодно при малых сопротивлениях нагрузки (в выпрямителях малой мощности), так как в этом случае требуется небольшая индуктивность для получения необходимого коэффициента сглаживания.

При включении конденсатора параллельно нагрузке (рис. 7) для лучшего сглаживания пульсаций его емкостное сопротивление должно быть значительно меньше сопротивления нагрузки, т. е. << . Конденсатор заряжается через вентиль в те моменты времени, когда напряжение на входе фильтра превышает напряжение на конденсаторе. В остальное время конденсатор разряжается на нагрузку.

В качестве конденсаторов фильтра обычно используют электролитические конденсаторы, обладающие большой емкостью.

Широкое применение на практике находят Г - образные индуктивно-емкостные фильтры (рис. 8).

При выполнении условия << << такие фильтры позволяют получать значительно более высокий коэффициент сглаживания пульсаций, чем простейшие индуктивные и емкостные фильтры. Рис. 8

По заданному коэффициенту сглаживания пульсаций можно найти значение произведения по следующей формуле:

, (46)

где т - число фаз выпрямления (для однополупериодной схемы т = 1, для двухполупериодных схем m = 2, для трехфазной m = 3); - угловая частота сети.

LC – фильтрбудет хорошо работать при >> , и ток через дроссель и нагрузку должен быть непрерывным. Для обеспечения этого необходимо иметь дроссель с минимальной индуктивностью

. (47)

Определив из (47) и подставив ее в (46), можно определить С _ф.

Более эффективным является П - образный фильтр. На рис. 9а показана схема такого фильтра, представляющего собой сочетание простейшего емкостного и Г - образного фильтров.

Для получения более высокого коэффициента сглаживания пульсаций необходимо увеличивать и , что приводит к увеличению габаритных размеров и масс дросселей и конденсаторов. В этом случае лучшие результаты получаются с помощью сложных многозвенных фильтров, состоящих из нескольких последовательно соединенных Г - образных звеньев фильтра (рис. 9б ).

 

Рис. 9. П – образные фильтры

 

Коэффициент сглаживания многозвенного фильтра равен произведению коэффициентов сглаживания фильтров:

. (48)

Обычно коэффициенты сглаживания отдельных звеньев принимают равными друг другу.

При небольших значениях выпрямленного тока (порядка 10 - 15 мА) и небольших значениях коэффициента сглаживания в целях удешевления и упрощения фильтра дроссель можно заменить активным сопротивлением. Тогда получится RC - фильтр(рис. 9в), для которого > :

. (49)

Сопротивление обычно принимают равным (0,2 - 0,3) , а конденсатор С _ф выбирают на напряжение, равное напряжению на нагрузке при холостомходе выпрямителя.

В и -фильтрах объем и масса дросселя становятся соизмеримыми с объемом и массой трансформатора. В фильтрах, использующих вместо дросселя транзистор масса и габариты значительно ниже и выходное сопротивление фильтра мало. Принцип действия таких фильтров основан на использовании особенностей выходной характеристики транзисторов. При выборе рабочей точки транзистора после перегиба выходной характеристики Сопротивление между коллектором и эмиттером постоянному току будет меньше, чем сопротивление переменному току, поэтому транзистор можно использовать вместо дросселя в схеме фильтра. Напряжение на выходе транзисторного фильтра всегда меньше входного, КПД транзисторных фильтров низок. При расчете выпрямителя надо учитывать характер сопротивления нагрузки, от которого во многом. Зависят расчетные соотношения. В реальных схемах выпрямителей сопротивление нагрузки редко бывает активным. Это связано с тем, что сглаживающий фильтр, включенный между выпрямителем и нагрузкой, представляет собой реактивное сопротивление.

 

4 ТРАНЗИСТОРЫ

 

Транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя p-n - переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических колебаний и представляющий собой пластину кремния или германия, состоящую из трех областей. Две крайние области всегда обладают одинаковым типом проводимости, а средняя - противоположной проводимостью. Транзисторы, у которых крайние области обладают электронной проводимостью, а средняя - дырочной, называются транзисторами n-p-n - типа. (рис. 10а). Транзисторы, у которых крайние области обладают дырочной, а средняя электронной проводимостями - p-n-p (рис. 10б). В транзисторе n-p-n - типа электрический ток создается в основном электронами, а в транзисторе p-n-p – типа - дырками. Смежный области, отделенные друг от друга p-n - переходами, называются эмиттером, базой и коллектором.

Эмиттер является областью, испускающей носители зарядов (электронов) в транзисторе n-p-n - типа, коллектор - область, собирающая носители зарядов.

Рис. 10. Транзисторы n-p-n – и p-n-p – типов

 

В условиях работы транзистора к левому p-n - переходу прикладывается напряжение эмиттер - база U э в прямом направлении, а к правому p-n - переходу - напряжение база - коллектор U к - в обратном. Под действием электрического поля большая часть носителей зарядов из левой области (эмиттера), преодолевая p-n - переход, переходит (инжектируется) в очень узкую среднюю область (базу). Далее, большая часть носителей зарядов продолжает двигаться ко второму переходу и, приближаясь к нему, попадает в электрическое поле, созданное внешним источником U к. Под влиянием этого поля носители зарядов втягиваются в правую область (коллектор), увеличивая ток в цепи батареи U к. Переход неосновных носителей через базу в коллектор характеризуется коэффициентом переноса δ. Этот коэффициент показывает, какая часть инжектированных эмиттером носителей достигает коллекторного перехода. Данный коэффициент можно определить как отношение управляемого коллекторного тока к току эмиттера, созданного его основными носителями:

. (50)

Если увеличить напряжение , то возрастет количество носителей зарядов, перешедших из эмиттера в базу, т.е. увеличится ток эмиттера на некоторую величину ∆ . При этом так же увеличится ток коллектора на величину ∆ .

В базе незначительная часть носителей зарядов, перешедших из эмиттера, рекомбинирует со свободными носителями зарядов противоположной полярности и образует ток рекомбинации .

Кроме эмиттерного и коллекторного токов в транзисторе имеется базовый ток, в который входят три составляющие: ток рекомбинации, ток, обусловленный диффузией основных носителей базы через эмиттерный переход , и обратный коллекторный ток, который имеет противоположное направление относительно двух других составляющих базового тока:

. (51)

Для уменьшения тока рекомбинации ширину базовой области делают малой. Т.о., ток коллектора окажется меньше тока эмиттера, незначительно отличаясь от последнего. Отношение при U _к = const называется коэффициентом усиления по току и обычно имеет значение α = 0,9 ÷ 0,995.

Если цепь эмиттер - база разомкнута, и ток в ней равен нулю, а между коллектором и базой приложено напряжение U _к, то в цепи коллектора будет протекать небольшой обратный тепловой ток I _к0, обусловленный неосновными носителями зарядов. Этот ток сильно зависит от температуры и является одним из параметров транзистора (меньшее его значение соответствует лучшим качествам транзистора).

Так как левый (эмиттерный) p-n - переход находится под прямым напряжением, то он обладает малым сопротивлением. На правый же (коллекторный) p-n - переход воздействует обратное напряжение, и он имеет большое сопротивление. Поэтому напряжение, прикладываемое к эмиттеру, весьма мало (десятые доли вольта), а напряжение, подаваемое на коллектор, может быть достаточно большим (до нескольких десятков вольт). Изменение тока в цепи эмиттера, вызванное малым напряжением , создает примерно такое же изменение тока в цепи коллектора, где действует значительно большее напряжение , в результате чего транзистор осуществляет усиление мощности.

При работе транзистора в качестве усилителя входное переменное напряжение подают последовательно с источником постоянного напряжения смещения между эмиттером и базой, а выходное напряжение снимается с нагрузочного резистора .

Схемы включения.

В зависимости от того, какой из электродов транзистора является общим для его входной и выходной цепи, различают три схемы включения (рис. 11).

 

а б в

Рис. 11. Схемы включения биполярных транзисторов

Рассмотрим особенности каждой схемы. На рис. 11а представлена схема с общей базой. В данной схеме входным током является ток эмиттера , а выходным - ток коллектора . Напряжение между эмиттером и базой является входным , а напряжение между коллектором и базой- выходным . Входным сопротивлением является сопротивление между эмиттером и базой . Поскольку эмиттерный переход находится в открытом состоянии, входное сопротивление схемы с общей базой мало (единицы - десятки Омов).

Рассмотрим усилительные свойства данной схемы.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления тока):

<1. (52)

Следовательно, схема с общей базой не обладает усилением по току. Коэффициент усиления напряжения:

(53)

Поскольку отношение значительно больше входного сопротивления, схема с общей базой способна усиливать входное напряжение.

Коэффициент усиления мощности определим как отношение мощностей:

(54)

Из полученного выражения также следует, что схема с общей базой обладает некоторым усилением по мощности, так как > . Отсутствие усиления тока, малый коэффициент усиления по мощности, а также небольшое входное сопротивление ограничивают применение данной схемы. Малое входное сопротивление не позволяет осуществлять каскадное включение, так как малое входное сопротивление последующего каскада оказывает шунтирующее действие на выход предыдущего каскада, в результате чего резко снижается усиление всего усилителя.

На рис. 11б представлена схема с общим эмиттером. В данной схеме входным током является базовый ток , а выходным током- коллекторный .

Входное сопротивление примерно на два порядка больше, чем в схеме с общей базой, так как

. (55)

Увеличение входного сопротивления позволяет собирать многокаскадные усилители, у которых каждый каскад собран по схеме с общим эмиттером.

Схема с общим эмиттером обладает усилением тока:

β>1. (56)

Коэффициент усиления напряжения в схеме с общим эмиттером такой же, как и в схеме с общей базой:

(57)

Однако схема с общим эмиттером кроме усиления изменяет форму выходного напряжения на 180°.

Поскольку схема обладает усилением по току и по напряжению, она имеет наибольший коэффициент усиления мощности:

(58)

Схема с общим коллектором представлена на рис. 11в. В этой схеме входным является базовый ток:

(59)

Выходным током служит ток эмиттера . Схема с общим коллектором обладает наибольшим усилением по току:

(60)

Входное сопротивление схемы с общим коллектором значительно превышает входное сопротивление рассмотренных выше схем:

(61)

Схема с общим коллектором не обладает усилением напряжения, так как

(62)

Схему с общим коллектором часто называют эмиттерным повторителем, так как нагрузка включена в цепь эмиттера. Коэффициент усиления напряжения равен примерно единице и выходное напряжение совпадает по фазе с входным.

Эмиттерный повторитель используется как каскад согласования между отдельными каскадами или между выходом усилителя и его нагрузкой. Коэффициент усиления мощности в схеме с общим эмиттером примерно равен коэффициенту усиления тока:

. (63)

Из выше сказанного следует, что любая из схем включения обладает усилением мощности. Это подтверждает то, что транзистор является активным (усилительным) прибором.

 

Частотная характеристика.

В реальном усилителе сигналы разных частот усиливаются по-разному. Зависимость коэффициента усиления от частоты сигнала называется частотной характеристикой. (рис. 12).

На графике - максимальный коэффициент усиления, -ширина полосы пропускания. Как видно из графика частотной характеристики, в пределах полосы пропускания коэффициент усиления почти не меняется. Уменьшение коэффициента усиления в пределах полосы, не превышающее 3 дБ (20-30%) ухо человека почти не замечает. Из-за неравномерного усиления составляющих сложного сигнала в полосе рабочих частот усилителя возникают частотные искажения. Действительно, усилитель с частотной характеристикой (рис. 12) сигналы с частотой ниже, чем и выше чем усиливает неодинаково по сравнению с сигналами какой- либо средней частоты .

Рис. 12. частотная характеристик
а усилителя

 

Частотные искажения оцениваются коэффициентом частотных искажений М, который представляет собой отношение коэффициента усиления на средней частоте к коэффициенту усиления на определяемой частоте:

. (66)

Коэффициент частотных искажений на верхней и нижней граничных частотах одинаков и равен:

. (67)

Если усилитель состоит из нескольких каскадов и известны частотные искажения в каждом, то коэффициент частотных искажений всего усилителя определяется из формулы:

. (68)

Чувствительностью усилителя называется тот минимальный сигнал, подаваемый на вход, при котором на выходе усилителя создается выходное номинальное напряжение (мощность).

Выходное номинальное напряжение (мощность) - это наибольшее выходное напряжение (мощность), при котором искажения не превышают значений, оговоренных в технической документации.

 

Амплитудная характеристика.

Зависимость выходного напряжения усилителя от его входного при неизменной частоте сигнала называется амплитудной характеристикой (рис. 13).

На амплитудной характеристике имеется три участка. В нижней части она имеет изгиб, так как собственные шумы усилителя соизмеримы с амплитудой сигнала.

В средней части амплитудная характеристика линейна. Это рабочий участок (АВ), при работе на нем не будет искажений формы сигнала, будут минимальными линейные искажения.

Рис. 13. Амплитудная характеристика усилителя

 

В верхней части амплитудная характеристика транзистора также имеет изгиб. Если амплитуда входного сигнала такова, что работа усилителя идет на изогнутых участках, то в выходном сигнале появляются нелинейные искажения. Чем больше нелинейность, тем сильнее искажается синусоидальное напряжение сигнала, т.е. на выходе усилителя появляются новые колебания (высшие гармоники), которых не было в сигнале. Степень нелинейных искажений оценивается величиной коэффициента нелинейных искажений:

. (69)

 

где - сумма электрических мощностей, выделяемая на нагрузке второй, третьей и т.д. гармониками, появившимися в результате нелинейности амплитудной характеристики.

Для многокаскадного усилителя общая величина .

Колебательный контур

В электронной аппаратуре часто появляется необходимость использования колебательных контуров.

Колебательным контуром называется замкнутая электрическая цепь, состоящая из индуктивности L и емкости С. Контур является идеальным, если в нем отсутствуют потери энергии, но во всяком реальном контуре кроме индуктивности и емкости имеется активное сопротивление ,которое распределено в катушке индуктивности и частично в соединительных проводах и диэлектрике конденсатора. Активное сопротивления вызывает потери энергии в контуре.

Свободными колебаниями в контуре называют колебания, возникающие в нем за счет энергии, первоначально накопленной в электрическом поле конденсатора либо в магнитном поле катушки. В идеальном контуре свободные колебания являются незатухающими, т, е. могут продолжаться бесконечно долгое время.

Колебательный контур, близкий по своим свойствам к идеальному, можно получить, замкнув в контуре, изображенном на рис. 22а, ключ К. Если переключатель S поставить в положение 1, конденсатор С зарядится от источника питания напряжения Е₀. При переводе переключателя в положение 2конденсатор С начнет разряжаться через катушку L. По мере разряда конденсатора возрастает и энергия переходит в энергию магнитного поля катушки. Когда конденсатор полное разряжается, напряжение на его обкладках исчезает. В это время ток в контуре максимальный. Так теперь отсутствует сила, поддерживающая ток, то он начинает уменьшаться. При этом увеличивается ЭДСсамоиндукции обратной полярности и конденсат заряжается с новой полярностью. Роль источ