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

41 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

26892. Оболочки и светопреломляющие среды глазного яблока 3.11 KB
  Наружная оболочка глазного яблока соединительнотканного происхождения и делится на две части склеру и роговицу. Склераsclera или белочная оболочка толстая прочная непрозрачная расположена в заднем отделе глазного яблока. Средняя сосудистая оболочка в которой в большом количестве разветвляются сосуды также делится на заднюю собственно сосудистуюchorioidea и переднюю части. В собственной сосудистой оболочке находится отражательная оболочкаtapetum.
26893. Наружное и среднее ухо 5.47 KB
  Наружное ухоauris externa состоит из ушной раковины двигательного аппарата ушной раковины и наружного слухового прохода. Основой складки служит эластический хрящ ушной раковины. Часть раковины выступающей над поверхностью тела называется ладьейscapha а проксимальная её часть скрытая под кожным покровомоснованием ушной раковины завитковая частьconcha auriculae s. Наружная поверхность раковины образует спинку раковиныdorsum auriculae а внутренняя поверхность ладьевидную ямкуfossa scaphoidea.
26894. Внутреннее ухо 4.42 KB
  Предверие улитки-vestibulum-шаровидная полость диаметром до 5 мм. В медиальной её стенке находится перфорированное дно внутреннего слухового прохода, через которое проходит слуховой нерв. В латеральной стенке находится окно предверия-fenestra vestibula.
26895. Особенности анатомического строения скелета птиц 2.94 KB
  Позвоночный столб представлен шейным грудным поясничным крестцовым и хвостовым отделами. Шейный отдел представлен большим количеством позвонков Sобразно изогнут. Тело позвонков соединяются седловидными суставами с хрящевыми прослойками что обеспечивает высокую подвижность шейного отдела позвоночника. Грудной отдел образован 7 куры или 9утки и гуси отделами.
26896. Органы пищеварения птиц. Мочеполовые органы птиц 4.27 KB
  Органы пищеварения птиц. Мочеполовые органы птиц. Мочеполовые органы птиц. Половые органы самца.
26897. Органы дыхания птиц 2.65 KB
  Органы дыхания птиц. Характерные особенности органов дыхания птиц позволяющие вентилировать свои органы дыхания во время полёта: Простота структуры носовой полости; наличие певчей гортани; своеобразной строение лёгких которые занимают небольшой объём в грудной клетке; усложнённое развитие воздухоносных мешков. Мешки служат дополнительным резервуаром для воздуха а также совершенствуют сам акт дыхания: птицы получают кислород не только при вдохе но и при выдохе что повышает уровень метаболизма.
26898. Органы кожного покрова птиц и их производные 7.22 KB
  Органы кожного покрова птиц и их производные. Одна из характерных особенностей кожи птиц отсутствие в ней как и у рептилий .Лишь над последними крестцовыми позвонками у большинства птиц расположена копчиковая железа glandula uropigyi состоящая из двух неодинаковых по величине долей функционирующих наподобие сальных желез. У водоплавающих птиц копчиковая железа развита сильнее; у кур доли железы величиной с горошину а у уток с лесной орех.
26899. Артерия сафена 4.96 KB
  saphena отходит на середине бедра и направляясь вниз переходит на каудальную поверхность голени и стопы где и разветвляется на пальцевые артерии. cranialis проходит под кожей на плюсну и делится на I IV общие дорсальные пальцевые артерии аа. calcanei которые образуют пяточную сеть rete calcaneum делится на медиальную и латеральную плантарные артерии. plantaris lateralis б Латеральная пальмарная 1 артерия образовав глубокую плантарную дугу делится на И IV плантарные плюсневые артерии от которых отходят II rIV...
26900. Сосуды и нервы области кисти 5.33 KB
  Различают поверхностные и глубокие вены верхней конечности. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВЕНЫ Поверхностные подкожные вены развиты сильнее чем глубокие поэтому они являются основным дренажным руслом верхней конечности. От них начинаются основные венозные пути оттока крови от кожи и подкожной клетчатки верхней конечности латеральная и медиальная подкожные вены руки которые принимают кровь из венозного сплетения тыльной поверхности пальцев.Дорсальные пястные вены богато анастомозируют между собой образуя тыльную венозную сеть кисти.