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

37605. Изучение методов векторного синтеза и отображения модулированных сигналов в современных систем связи 3.35 MB
  Формирование с помощью программы VSG модулированного сигнала в соответствии с данными приведенными в таблице ниже. Использованные параметры сигнала: Выборок на символ – 16; Количество символов – 500; Опорный уровень – 0 дБ.1 IQ составляющие сигнала QPSK во временной области без использования предмодуляционного фильтра Рисунок1.2 Векторная диаграмма и Сигнальное созвездие QPSK сигнала Далее по заданию вводим обработку сигнала с помощью предмодуляционного фильтра.
37606. Исследование однородной линии в установившемся режиме 282 KB
  Минск 2013 Цель работы: Наблюдение основных режимов работы линии исследование частотных свойств входного сопротивления. Домашнее задание: По исходным данным таблицы 1 согласно варианту рассчитали длину линии которой эквивалентна данная искусственная линия содержащая 16 звеньев. Таблица 1 Вариант L0 мкГн км C0 пФ км r0 Ом км n0 1 620 21200 11 15 Определили частоту при которой на линии укладывается одна длина волны =16.
37607. Исследование характеристик метода доступа в сетях Ethernet 243.5 KB
  Мы добились схожих результатов с Ethernet, однако скорость увеличилась в 2 раза. Загруженности сети 100% соответствует интенсивность сети меньше 50.
37608. Проектирование и моделирование VHDL-описаний интегральных схем 124 KB
  Вывод: в ходе лабораторной работы изучили возможности языка VHDL и пакета ActiveHDL для проектирования заказных БИС
37609. Сценарий для утилиты Apache Ant, реализующий компиляцию 76 KB
  Каждый этап должен быть выделен в отдельным блок сценария; все переменные и константы, используемые в сценарии должны, должны быть вынесены в отдельный файл параметров; MANIFEST.MF должен содержать информацию о версии и о запускаемом классе.
37610. Изучение частотных характеристик мультивибратора Ройера в зависимости от величины нагрузки 310.5 KB
  Установив входное напряжение 30 В, путем изменения нагрузки, изменяем ток нагрузки до минимального возможного значения, фиксируя каждый раз значения токов Iвх , Iн, напряжения на нагрузке и частоты. Рассчитываем значения потребляемой мощности, выходной мощности и КПД
37611. Описание и моделирование регулярных (систолических) схем 289.5 KB
  Необходимо спроектировать VHDL-модель заданного устройства одним из указанных способов согласно требованиям, сформулированным к каждому варианту задания, разработать тестирующие воздействия и выполнить моделирование работы устройства.
37612. Проведение экспериментальных работ при исследовании переходных процессов в электрических цепях 115 KB
  На экране осциллографа получаем изображение зависимости напряжения и тока конденсатора от времени.Зарисовываем осциллограммы тока и напряжения на конденсаторе: Рассчитываем по осциллограмме постоянные времени разряда и заряда конденсатора по кривой uсt. На экране осциллографа получаем изображения зависимости тока и напряжения катушки от времени. Зарисовываем осциллограммы тока и напряжения катушки: Рассчитываем по осциллограмме постоянные времени при подключении и отключении катушки по кривой it.
37613. История государства и права зарубежных стран (ИГПЗС) 712 KB
  В силу конкретноисторического подхода к государственноправовым явлениям и процессам присущим тому или иному обществу на том или ином этапе его развития оперируя множеством фактов и событий политической жизни деятельности государств правительств классов и партий ИГПЗС ставит своей целью выявление исторических закономерностей развития государства и права. ИГПЗС тесно связана с другой юридической наукой и учебной дисциплиной – Теорией государства и права также изучающей закономерности развития государства и права. Теория...