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

23113. Методи отримання низьких температур 31.5 KB
  Для отримання та утримання низьких температур звичайно використовують зріджені гази. В посудині Дюара яка містить зріджений газ що знаходиться під атмосферним тиском. 1 Для отримання зріджених газів використовують спеціальні пристрої в яких сильно стиснутий газ при адіабатичному розширенні охолоджується що видно з рівняння адіабати . Але таким способом не можна отримати температури нижчі від температури конденсації газу.
23114. Методи визначення роботи виходу електрона 40.5 KB
  Методи визначення роботи виходу електрона. Енергію яку потрібно прикласти для вибиття електрону з металу або рідини у вакуум називається роботою виходу. Еіон енергія іонізації А робота виходу електрона за межі поверхні тіла кін. Величина роботи виходу A в значній мірі залежить від чистоти поверхні емітера.
23115. ОБЩЕСТВО КАК ПРЕДМЕТ ФИЛОСОФСКОГО АНАЛИЗА 81 KB
  Любовь к обществу – естественное чувство человека, развиваемое и культивируемое разумом. Создав человека существом, обладающим способностью чувствовать, природа вдохнула в него любовь к наслаждениям и страх перед страданием. Общество является произведением природы, поскольку именно природа обусловливает жизнь человека в обществе
23116. Енергія електромагнітного поля. Густина потоку енергії ЕМП 98.5 KB
  Густина потоку енергії ЕМП. Енергія ЕМП може перетворюватись в інші види енергії наприклад у кінетичну енергію зарядів. Обчислимо роботу яку виконує ЕМП зміщуючи заряди. Якщо за час dt заряд зміщується на відстань то робота ЕМП буде .
23117. Принцип найменшої дії. Функція Лагранжа 43.5 KB
  Функція Лагранжа Найбільш загальне формулювання закону руху механічних систем дає так званий принцип найменшої дії або принцип Гамільтона. Функція L називається функцією Лагранжа даної системи а інтеграл дією. Функція Лагранжа залежить лише від q и а не від більш високих похідних що пояснюється тим що механічний стан повністю визначається завданням координат та швидкостей. Для спрощення запису формул припустимо спочатку що система має лише одну степінь вільності так що буде визначена лише одна функція qt.
23118. Гамільтонова форма рівнянь 90.5 KB
  Гамільтонова форма рівнянь. Підставляючи отримане в початкове рня маємо: Для переходу до змінних і додаємо і віднімаємо: Звідси Оскільки права частина виражена через диференціали то її можна розглядати як повний диференціал певної функції що залежить від яку позначимо і назвемо функцією Гамільтона: де Залишилося довести що Маємо Враховуючи це запишемо: звідки Ця система рівнянь називається канонічними рівняннями Гамільтона. рівн. рівн.
23119. Закони руху системи матеріальних точок та твердого тіла. Тензор інерції 77 KB
  Закони руху системи матеріальних точок та твердого тіла. Запишемо другий закон Ньютона для матеріальної точки з даної системи: 1 де сумарна зовнішня сила що діє на іту м. Записавши 1 для кожної точки системи та просумувавши всі отриманні рівняння маємо: 2. З урахуванням третього закону Ньютона тобто співвідношення перепишемо 2 як: 3 Нехай Rрадіус вектор даної системи: задає точкуцентр мас системи.
23120. Закони збереження та фундаментальні властивості простору-часу 263 KB
  Рух механічної системи описується 2S величинами де Sкількість ступенів вільності. системи вибір початку відліку часу одна з сталих в диф. рівняннях що описують динаміку може бути обрана сталою 1 При розвязанні системи 1 2S1 сталих де Отримані величини інтеграли руху визнач. системи явно не залеж.
23121. Рух тіл в інерціальній та неінерціальній системах відліку. Сили інерції. Коріолісівське прискорення 202 KB
  Коріолісівське прискорення. інваріантне 0 де прискорення в ІСВ швидкість в ІСВ маса тіла рівнодійна сил взаємодії які діють на тіло. Характеризуватимемо рух початку координат НеІСВ відносно ІСВ радіусвектором а обертання НеІСВ відносно ІСВ кутовою частотою х В НеІСВ вимагають аналогічного до 0 запису закону руху тіла відносно радіусвектора : Оскільки прискорення в НеІСВ внаслідок х нерівне та величина не змінюється при переході до НеІСВ необхідно щоб сумарна сила складалась не тільки з теж...