Сквозная характеристика У на биполярном VT.

При наличии входного тока у биполярного VT на внутреннем сопротивлении источника сигнала создается падение напряжения и не вся ЭДС источника попадает на вход VT. Для схемы с ОЭ:

U_БЭ = E_r - I_БR_r

Для определения зависимости выходного тока I_К от изменения ЭДС источника сигнала E_r при наличии нагрузки на выходе строят сквозную динамическую характеристику, для чего используют нагрузочную прямую переменного тока и входную характеристику VT (рис.9 и 10). Для точек пресечения нагрузочной прямой переменного тока со статическими характеристиками VT, находят соответствие значений тока I_К и тока I_Б. Для каждой из найденных точек по входной характеристике определяют соответствующее ей значение U_БЭ. По найденным U_БЭ и I_Б вычисляют ЭДС источника сигнала.

Еr=U_БЭ+I_Б*R_r

Вычислив для каждого значения I_К нагрузочной прямой соответствующее ему значения E_r, строят сквозную динамическую характеристику (рис.11).

Построив нагрузочную прямую для режима постоянного тока и выбрав точку покоя М на ее середине (приблизительно), строится нагрузочная прямая для переменного тока, которая проходит через т. М и (I_K0 + U_КЭ0/R_N).

Для построения сквозной характеристики переменного тока I_К = f(Е_г) отмечаем точки пересечения нагрузочной прямой переменного тока со статистическими выходными характеристиками VТ, обозначив их цифрами 1..6. Цифрой 3 обозначена точка покоя. Найдем для каждой из точек на выходной характеристике соответствующий ей ток базы. Перенесем найденные значения тока базы I_Б соответственно на входную характеристику I_Б = f(V_БЭ) при U_КЭ = U_КЭ0. Определим для каждого значения I_Б соответствующее ему значение входного напряжения U_БЭ. Для каждой точки 1..6 рассчитаем напряжение источника сигнала:

Е_r=V_БЭ+I_Б*R_r

Все полученные данные сводим в таблицу.

 

Точки
IК
IБ
VБЭ
Ег

На рис. 11 по этим данным построена сквозная характеристика каскада.

 

Рис.9. К примеру построения нагрузочных прямых постоянного и переменного токов.

Рис.10. - Входная характеристика биполярного VT.

 

Рис. 11 Сквозная характеристика усилителя

 

Сквозную характеристику строят для расчета искажений, связанных с нелинейностью статистической характеристики УЭ

 

 

Стр - рная схема У. Классификация У.

Общие сведения.

Для того, чтобы обеспечить необходимый режим работы У и получить заданное усиление, на входе УЭ включают цепи, обеспечивающие подачу напряжений смещения и входного сигнала, а на выходе – нагрузку и цепи, обеспечивающие подачу постоянного напряжения питания на выходные электроды.

Совокупность УЭ с нагрузкой и со всеми дополнительными элементами, обеспечивающими заданный режим, называют каскадом усиления.

Общее усиление, которое требуется получить от У, во многих случаях гораздо больше того, которое может обеспечить один каскад. Отсюда вытекает необходимость включения нескольких каскадов для получения нужного усиления.

Т.о., условное устройство состоит из определенного числа каскадов. При этом выходной усиленный сигнал предыдущего каскада становится входным сигналом последующего каскада и получает дополнительное усиление.

Общее число каскадов У определяется требуемым коэффициентом усиления и тем, какое усиление может дать каждый каскад. Источник сигнала (н-р, микрофон, детектор приемника или воспроизводящая головка магнитофона, предающая телевизионная трубка, приемная антенна и т.д.) подключаются ко входу первого каскада. Потребитель усиленного сигнала, т.е. нагрузка (громкоговоритель, кинескоп, измерительный прибор и т.д.) подключаются к выходу последнего каскада, который называют выходным или оконечным каскадом (рис.12). Все каскады до выходного называют каскадами предварительного усиления.

Рис.12 Стр – рная схема многокаскадного усилителя.

Задача оконечного (выходного) каскада – отдать в нагрузку заданную мощность или напряжение. Задача предварительных каскадов – усилить входной сигнал источника до уровня, который необходимо подать на вход оконечного каскада, чтобы получить на его выходе заданную мощность или напряжение. Каждый каскад характеризуется своими входными и выходными сопротивлениями. Входное сопротивление следующего каскада включено параллельно выходному сопротивлению предыдущего каскада. В том случае, если следующий каскад усиления собран на полевом VТ или на эл. лампе работающими без входных токов и имеющими очень большое входное сопротивление, можно считать, что это входное сопротивление не шунтирует выход предыдущего каскада и практически не понижает его сопротивление нагрузки, т.е. не влияет на работу данного каскада.

В У на биполярных VТ в схеме с ОЭ и особенно с ОБ входное сопротивление мало, оно шунтирует сопротивление нагрузки предыдущего каскада. При параллельном соединении двух сопротивлений общее сопротивление меньше наименьшего из них, т.е. входное сопротивление следующего каскада фактически становится сопротивлением нагрузки предыдущего каскада.

Т.о., в многокаскадных У одним из важных вопросов является согласование входного сопротивления первого каскада с внутренним сопротивлением источника сигнала, входного сопротивления последующего каскада с выходным сопротивлением предыдущего, а также выходного сопротивления оконечного (выходного) каскада с сопротивлением потребителя усиленного сигнала. Для передачи усиленного сигнала с одного каскада на другой применяют схемы межкаскадных связей, которые будут рассмотрены ниже.

Классификация У.

Для классификации У по различным типам используют их следующие отличительные признаки: характер усиленного сигнала, полоса и абсолютные значения усиленных частот, назначение У, вид используемых усиленных элементов.

По характеру усиленных сигналов У делятся на два основных типа – У непрерывных во времени сигналов (или У с линейным режимом работы) и У дискретных сигналов (или У с нелинейным режимом работы), которые прерываются по времени.

К непрерывным сигналам относятся гармонические сигналы, которые имеют определенный периодический характер и м.б. представлены суммой гармоник основной частоты. Как известно, при включении, выключении или резком изменении режима эл. цепи в ней возникают переходные (нестационарные) процессы. Гармонические (непрерывные) сигналы во времени меняются настолько медленно, что временем установления и процессом установления в этих У можно пренебречь. К этому типу относятся У радиотрансляционные, магнитофонные, звукового кино, У воспроизведения и т.д.

У. дискретных сигналов усиливают эл. импульсы. У импульсных сигналов время изменения напряжения или тока во много раз меньше, чем длительность импульса. Поэтому основное значение для этих У. имеет анализ нестационарных (переходных) процессов, т.к. эти процессы оказывают существенное влияние на форму усиленного импульса. К импульсным (дискретным) сигналам относятся телеграфные, телевизионные, радиолокационные, цифровые коды и т.д.

 

Как правило У работают в определенном диапазоне частот от самой низкой (м.б. и f_Н = о) до самой высокой f_В. Кроме абсолютных значений для работы У важна и полоса усиленных частот П = f_В - f_Н.

Важнейшим показателем У. с линейным режимом работы является амплитудо - частотнаяхарактеристика (АЧХ), отражающая зависимость модуля коэффициента усиления К_U, определенного для синусоидального входного сигнала, от частоты. В зависимости от вида АЧХ У. с линейным режимом работы подразделяют (рис.13) на:

- У. медленно изменяющегося сигнала (У постоянного тока - УПТ) предназначенные для усиления сигналов, имеющих в своем составе постоянную составную, у которой f_Н=0, при этом f_В может принимать любое значение (f_В = 10³ ¸ 10⁸ Гц.).

- У. звуковых частот (УЗХ), усиливающие лишь сигналы в определенном спектре частот от f_Н>0 до f_В (15Гц. ¸ 20кГц.)

- У. высокой частоты (УВЧ), представляющие собой в основном У. модулированных радиосигналов (от десятков кГц до десятков и сотен МГц)

- широкополосные У. (ШПУ) (от 15 Гц ¸ десятки и сотни МГц), на основе которых выполняются линейные импульсные У.

- узкополосные У. (избирательные) = (полосовые, резонансные)

Рис. 13 Классификация усилителей.

 

По назначению различают У. мощности, напряжения тока.

Следует отметить, что два последних типа У. тоже усиливают мощность. В предварительных У., собранных на полевых VT, основная задача – усиление напряжения до заданного уровня. Поэтому к таким У. предъявляется основное требование: максимальное усиление напряжения поданного на вход сигнала.

Основная задача выходного каскада (н-р в УЗЧ) – отдать в нагрузку заданную мощность, достигающую в некоторых случаях сотен ватт и даже киловатт. Такие каскады называются У. мощности.

В некоторых случаях требуется усиление тока до заданной величины, н-р, для подачи на вход следующего каскада усиления мощности, работающего с большими выходными токами - предвыходные каскады.

Классификация У. по виду примененных усилительных элементов.

В усилительных устройствах основном используют VT и реже эл. лампы. В одном У. могут использоваться несколько типов усилительных элементов. Выходные каскады м.б. собраны на VT (до ед. кВт) и эл. лампах (>ед. кВт). Предварительные каскады на биполярных и полярных транзисторах. В последнее время широко применяются интегральные микросхемы.

**

По способу соединения каскадов:

а) У. с реостатно-емкостной связью.

б) Транзисторные У.

в) У. с гальванической или непосредственной связью.

По диапазону усилительных частот:

а) УПТ

б) УПерТ

1. УНЧ (20 Гц – 100 кГц)

2. УВЧ (500 Гц – 3000 МГц)

3. ШПУ (20 Гц – 300 МГц)

4. Избирательные У.

- Полосовые У. (10 – 100 кГц)

- Резонансные У. (в ВЧ обл.)

 

По назначению:

- Измерительные У. (малые шумы на выходе и высокая линейность преобразования)

- Логарифмические У. (сигнал на выходе log входного сигнала)

- ОУ (используются для выполнения различных арифметических операций:«-», «+», «*», «/», и т.д.)

- У. ограничители (усиливают и ограничивают сигнал на заданном уровне).

**