22381

Усилительные устройства (УУ)

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Эквивалентная схема усилителя. Коэффициент полезного действия усилителя. Диапазон усиливаемых частот f = f0 fн разность между верхней и нижней граничными частотами усиления полоса пропускания усилителя.Эквивалентная схема усилителя Эквивалентная схема усилителя приведена на рис.

Русский

2013-08-04

104 KB

37 чел.

Лекция 1

Содержание лекции

Рекомендуемая литература. Усилительные устройства (УУ).  Классификация усилительных устройств. Основные технические показатели усилительных устройств. Эквивалентная схема усилителя. Коэффициент усиления. Входное сопротивление. Выходное сопротивление. Выходная мощность. Коэффициент полезного действия усилителя. Амплитудная характеристика.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ Литература

  1.  Остапенко Г.С. Усилительные устройства. - М.: Радио и связь, 1989. – 400с.
  2.  Руденко В.С. и др. Основы промышленной электроники. - К.: Вища школа, 1985. - 400 с.
  3.  Горбачев Г.Н. и др. Промышленная электроника. М.: Энергоатомиздат, 1988. -320 с.
  4.  Гершунский Б.С. Основы электроники и микроэлектроники. - К.: Вища школа. 1989. - 423 с.
  5.  Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. М.: Радио и связь, 1985. - 488с.
  6.  Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Импульсная техника. М.: ВШ, 1985. - 320 с.
  7.  Векслер Г.С. Электропитание спецаппаратуры. М.: ВШ, 1989.
  8.  Операционные усилители: Методические указания. Киев:  КИИГА, 1991. –44с.
  9.  Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника. Уч-к 1999

Изучаемые в курсе темы:

    - усилители электрических сигналов;

    - импульсные схемы;

    - аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП);

   - электропитание радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).

1.Усилительные устройства (УУ)   

 Мы изучаем только электронные усилители. УУ называется устройство, позволяющее получить в нагрузке усиленный по мощности входной сигнал. Усиление по мощности возможно только при использовании внешнего источника энергии, т.е. с помощью слабого сигнала управляют мощностью местного источника электропитания.

7.1.Классификация усилительных устройств

    А. По диапазону усиливаемых частот.

    Диапазон усиливаемых частот  f = f0 - fн - разность между верхней и нижней граничными частотами усиления (полоса пропускания усилителя).

  •  УПТ (fн = 0)
  •  УНЧ (fн = 10 Гц,  fн  = 100 Кгц); здесь УЗЧ высококачественный - fн = 20 Гц, fв = 20 кГц. Для речевого сигнала  fн = 300 Гц, fв = 3500 Гц
  •  УВЧ (fв до ГГц ); здесь усилители радиочастоты - УРЧ, для которых          fв/fн = 1,1-1,3   ( это избирательный усилитель);
  •  импульсные усилители; это широкополосные усилители; здесь видеоусилители  -  для них fв/fн > 104.

1.2.Основные технические показатели усилительных устройств

1.2.1.Эквивалентная схема усилителя

Эквивалентная схема усилителя приведена на рис.1.1.

Рис.1.1.Эквивалентная схема усилителя

Здесь RИ, EИ - внутреннее сопротивление и э.д.с. источника усиливаемого сигнала.

RВХ - входное сопротивление   УУ при разомкнутом источнике входного сигнала.

Входные параметры УУ:

IВХ – входной ток усилителя,

UВХ – входное напряжение усилителя,

RВХ - входное сопротивление усилителя,

PВХ - входная мощность усилителя.

Выходные параметры УУ:

Iвых - выходной ток усилителя,

Uвых - выходное напряжение усилителя,

Rвых - выходное сопротивление усилителя,

Pвых - выходная мощность усилителя (на нагрузке).

Все эти параметры - величины в общем случае комплексные.

1.2.2. Коэффициент усиления

   Различают коэффициенты усиления по

  •  току,   -    напряжению,     -   мощности.

    В общем случае коэффициент усиления

,

где Хвых - выходной сигнал,

     Хвх  - входной сигнал,

     φвых,  φвх - фазы выходного и входного сигналов. (φвых – φвх) характеризует изменение фазы усиливаемого сигнала.

Изменения фазы часто не рассматриваются.

    Коэффициент усиления по напряжению

- показывает, во сколько раз установившееся значение Uвых больше Uвх.

    Если УУ многокаскадное (см. рис. 1.2), то общий коэффициент усиления

                                      Ku = Ku1 . Ku2 . Ku3.

Рис.1.2.Многокаскадный (трехкаскадный) усилитель

Очень часто используют логарифмический коэффициент усиления (в дБ):

    .

    Если усилитель многокаскадный (рис.1.2), то общий коэффициент усиления

.   

В таблице 1.1  приведены соотношения между некоторыми значениями Ku и  KUДБ.                            

      

Таблица 1.1 – Соотношения между некоторыми значениями KU и KU(ДБ)

       KU   

0,1

0,5

0,707

1

1,4

2

10

100

1000

104

KUДБ  

-20

-6

-3

0

3

6

20

40

60

80

Коэффициент усиления по току

 - для него все те же соотношения, что и для Ku.

 Коэффициент усиления по мощности

.

Если многокаскадный усилитель, то общий коэффициент усиления      Кр = Кр1 . Кр2 . Кр3.

В логарифмических единицах    Кр = 10 lg Рвыхвх. 

Формула другая из-за того, что в Рвых входят напряжение или ток в квадрате.

1.2.3. Входное и выходное сопротивления

    Выше мы дали определения входного и выходного сопротивлений усилителя. Эти параметры играют важнейшую роль при согласовании УУ с источником сигнала, нагрузкой и между собой при последовательном их соединении.

    Рассмотрим входную цепь усилителя (рис.1.3).

Рис.1.3.Схема входной цепи усилителя

Пусть Еu = 10 B, RвН = 10 Ом,  Rн =5 Ом.

Если не учитывать значения Rвн, то Uвх = Еи,  что совершенно неверно. При этом на нагрузке якобы выделяется мощность

              Р = U2вх /Rвх  = 102/5 = 20 вт.

На самом же деле   

U = Eu. Rвх /(Rвн+Rвх) = 10 . 5/(10+5) =10/3 В

и тогда действительно выделяемая мощность

    Рвых = (Uвх)2 /Rн  = 102/32.5 = 20/9 = 2,4 вт.

    Отсюда следует, что внутреннее сопротивление источника (или выходное сопротивление предыдущего каскада, если усилители соединены последовательно) должно быть как можно меньше  или входное сопротивление усилителя должно быть как можно больше (в 5-10 раз) выходного сопротивления предыдущего каскада.

Rвых - это сопротивление выходной цепи усилителя выходному току при разомкнутой нагрузке, т.е.      Rвых = Uвых хх /Iвых кз   при  Rн  

или

UВЫХ(RН=∞) – напряжение на выходе усилителя в режиме холостого хода;

UВЫХ(RН) – напряжение на выходе усилителя при заданном сопротивлении нагрузки RН≠ ∞;

IВЫХ(RН) – выходной ток усилителя при заданном сопротивлении нагрузки RН≠∞.

1.2.4. Выходная мощность

    Выходную мощность рассчитывают по формуле Р = U2вых/Rн, если Uвых – действующее значение. Однако чаще Pвых = U2m/2RH, где Um - максимальное (амплитудное) значение напряжения ().

1.2.5. Коэффициент полезного действия (КПД)

    КПД рассчитывают по формуле   ŋ  = Рвыхобщ, где Рвых - полезная мощность (в нагрузке), Робщ - мощность, потребляемая усилителем от всех источников.

    Пример (рис. 1.4)

Полезная мощность - это мощность, выделяемая в RHPвых.   Для одного источника питания

                                                                 Pобщ = Eп , Iп,

EП – напряжение питания,

IП  – ток, потребляемый от источника ЕП.

Рис.1.4.К расчету КПД усилителя

КПД усилителя     .

1.2.6. Диапазон усиливаемых частот

    Диапазон усиливаемых частот - это область частот, в которой изменение коэффициента усиления не превышает величины, определяемой техническими условиями на усилитель. В УНЧ изменение коэффициента усиления не должно быть более 3  дВ.

1.2.7 АМПЛИТУДНАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА (АХ) УУ

    Амплитудной характеристикой УУ называем зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного напряжения (рис.1.5). Это  идеальная характеристика. Реальная характеристика приведена на рис.1.6.

                                   

Рис.1.5.Идеальная амплитудная                                   Рис.1.6.Реальная амплитудная           

характеристика усилителя                                            характеристика усилителя

Здесь:

  U вх  min - то минимальное значение входного   сигнала, при котором на выходе будет   обеспечиваться соотношение сигнал/шум не меньше заданного.

U0 - обусловлено внутренними помехами усилителя:

    а) тепловые шумы, обусловленные шумами, возникающими из-за хаотического движения свободных электронов и шумами р-n перехода;

    б) фон - напряжение на выходе УУ, частота которого кратна частоте сети переменного тока;

    в) дрейф - явление, когда при постоянном входном сигнале выходное напряжение может изменять свое значение. Если входной сигнал равен нулю, то говорят о дрейфе нуля. Это явление связано с изменением температуры окружающей среды и нестабильностью источников питания.

    Отклонение реальной АХ от идеальной в верхней ее части связано уже с наличием нелинейных свойств усилительных элементов.

    Линейно усилить сигнал можно на участке   от   UВХ MIN  до  UBX MAX. Этим линейным участком определяется динамический диапазон усилителя

   D = Uвх max/Uвх min

 или Dдб = 20 lg D.

Динамический диапазон сигнала    

 Dc = Uc max /Uc min < D.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Визначити Ku в dB трьохкаскадного пiдсилювача (рис.),

якщо Ku1=100 , Ku2=100 , Ku3=1 .

2.Сколько одинаковых каскадов с коэффициентом усиления Кu=10 должен содержать усилитель, чтобы обеспечить общее усиление   100 дБ?

3. Определить коэффициент усиления по мощности КP  усилителя в дБ,     если его коэффициент усиления по напряжению 20, а по току 5.

4. Определить входное сопротивление усилителя, если на входе действует эдс Еи=0.1В, ток во входной цепи Iвх=1мА и внутреннее сопротивление источника Rи=20 Ом.

5.Изобразите амплитудную характеристику реального усилителя и  охарактеризуйте её основные участки.

6.Определить напряжение сигнала на входе усилителя, если Rн=10 Ом, Рвых= 2.5Вт, а Кu=50.

7.Определить напряжение сигнала на входе усилителя, если Rн=5 Ом, Рвых= 1Вт, а Кu=60дБ.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74810. Основной закон динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса. Примеры 87 KB
  Векторная сумма моментов всех внешних сил приложенных к телу называется результирующим или главным моментом внешних сил относительно точки О: Векторная сумма моментов импульса всех материальных точек тела называется моментом импульса тела относительно точки...
74811. Элементы теории поля. Потенциал, градиент потенциала и напряженность поля. (Пример - гравитационное поле) 66 KB
  Потенциал градиент потенциала и напряженность поля. Гравитационное взаимодействие между телами осуществляется с помощью поля тяготения или гравитационного поля. Основное свойство поля тяготения заключается в том что на всякое тело массой т внесенное в это поле действует сила тяготения...
74812. Закон всемирного тяготения. Движение в поле тяготения. Центральные силы. Гравитационное поле и его напряженность 38.5 KB
  Если материальная точка совершает движение под действием центральной силы с центром O, то момент количества движения точки сохраняется, а она сама совершает движение в плоскости, перпендикулярной вектору момента количества движения относительно точки O и проходящей через эту точку O.
74813. Особенности творческого пути А.С. Грибоедова. История создания и публикации «Горя от ума». Чацкий как герой эпохи 1810 –1820-х годов и «вечный» конфликт «старого и нового». Элементы классицизма, романтизма и реализма в комедии 15.67 KB
  Элементы классицизма романтизма и реализма в комедии. Замысел комедии возник в 1820 году по некотором данным уже в 1816 но активная работа над текстом начинается в Тифлисе после возвращения Грибоедова из Персии. В 1825 году с большими цензурными сокращениями были напечатаны отрывки из I и III актов комедии но разрешение на её постановку получить не удалось. Роль Чацкого главная роль без которой не было бы комедии а была бы пожалуй картина нравов.
74814. А.С. Пушкин и начало «золотого века» русской литературы. Периодизация творчества писателя и его структура 15.17 KB
  Золотой век русской литературы – это плеяда гениев искусства слова, прозаиков и поэтов, которые благодаря своему изысканному и непревзойденному творческому мастерству, определили дальнейшее развитие русской культуры. Без сомнений, одним из ярчайших представителем Золотого века русской литературы является знаменитый поэт, отец русского литературного языка А. С. Пушкин.
74815. Полемика о творчестве А.С. Пушкина и литературно-эстетическое самосознание писателя. Значимость наследия А.С. Пушкина в истории русской и мировой культуры и опыт его осмысления 15.66 KB
  Пушкина и литературно-эстетическое самосознание писателя. Пушкина в истории русской и мировой культуры и опыт его осмысления. Пушкин был певцом и вдохновителем освободительного движения своего времени: как поэт свою заслугу перед народом он видел в том что будил чувства добрые и в свой жестокий век восславил свободу. Пушкин самый яркий выразитель чувств дум и стремлений своего времени.
74816. Поэты пушкинской эпохи и понятие «Плеяды». Общее и особенное в их авторских стратегиях: А.А. Дельвиг, П.А.Вяземский, Е.А.Боратынский, Д.В. Веневитинов, Н.М. Языков. Влияние их творческих исканий на дальнейшее развитие отечественной словесности 18.16 KB
  Термин пушкинская плеяда по мере изучения поэзии Пушкина романтической эпохи и конкретных поэтов стал считаться уязвимым поскольку вопервых возник по аналогии с наименованием французской поэтической группы Плеяда Ронсар Жодель Дюбелле и др. давая повод для неправомерных ассоциаций и неуместных сближений Пушкина с Ронсаром. Следовательно если принимать понятие пушкинская плеяда нужно отчетливо осознавать что в этом созвездии названном именем Пушкина последний является самой крупной звездой в то время как другие светила...
74817. Теория «официальной народности», социально-исторические концепции славянофилов и западников и их отражение в словесности второй половины 1830- х – первой половины 1850-х годов 15.67 KB
  Уваров доказывал что просвещение может быть не только источником зла революционных потрясений как это случилось в Западной Европе а может превратиться в элемент охранительный к чему следует стремиться в России. Поэтому всем служителям просвещения в России предлагалось исходить исключительно из соображений официальной народности. По мнению консерваторов николаевской эпохи в России не было причин для революционных потрясений. Бенкендорф прошедшее России было удивительно ее настоящее более чем великолепно что же касается ее...
74818. Традиции и новаторство М.Ю. Лермонтова - лирика в разработке смысла жизни, назначения поэзии, мотивов свободы и любви к Родине 14.69 KB
  Лермонтова лирика в разработке смысла жизни назначения поэзии мотивов свободы и любви к Родине. Лермонтова по праву считается одним из вершинных явлений в русской литературе. Кроме того в творчестве Лермонтова присутствуют такие темы и мотивы которые были несвойственны творчеству его старшего современника тема одиночества и бездомности тема потерянного поколения; тема земли и неба; тема маски скрытого или утраченного лица. В поэзии Лермонтова постоянно борются две противоположные стихии принимая разные обличья земли и неба...