80198

Усиление сигналов. Типы и параметры усилителей

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Во многих радиоэлектронных устройствах имеют место колебания, частоты которых близки к нулю. Для усиления медленно меняющихся во времени сигналов применяют усилители постоянного тока (УПТ). Современные УПТ в основном выполняют в виде интегральных микросхем

Русский

2015-02-16

99.11 KB

0 чел.

Лекция

«Усиление сигналов. Типы и параметры усилителей»

Во многих радиоэлектронных устройствах имеют место колебания, частоты которых близки к нулю. Для усиления медленно меняющихся во времени сигналов применяют усилители постоянного тока (УПТ). Современные УПТ в  основном выполняют в виде интегральных микросхем и их можно условно разделить на дифференциальные и операционные усилители.

Дифференциальные усилители. Практически во всех схемах УПТ между соседними усилительными каскадами используют непосредственную (гальваническую) связь, что вызывает эффект дрейфа нуля — самопроизвольное изменение выходного сигнала при отсутствии входного сигнала. Даже небольшое изменение постоянного тока транзистора в первом каскаде УПТ создает приращение напряжения на его выходе, которое затем усиливается другими каскадами и выделяется на нагрузке как полезный сигнал. Дрейф нуля отсутствует в схемах параллельно-балансных УПТ, называемых дифференциальными усилителями (ДУ), которые строят по методу уравновешенного моста. На входы ДУ подают как дифференциальные (разностные), так и синфазные (одинаковые) сигналы. При этом ДУ усиливает дифференциальные и подавляет синфазные сигналы. Один из входов ДУ по отношению к выходу является инвертирующим (выходной сигнал противофазен входному), а другой — неинвертирующим (выходной сигнал синфазен с входным). Наиболее часто ДУ применяют для сравнения с высокой точностью значений или разности двух напряжений. Это объясняет название «дифференциальный усилитель».

Операционный усилитель (ОУ) - высококачественный линейный усилитель напряжения, имеющий большой коэффициент усиления (106...107), высокое входное (сотни мегаОм) и малое выходное (единицы Ом) сопротивления. Входным каскадом ОУ является дифференциальный усилитель, а выходным каскадом — эмиттерный повторитель. На рис. 1. а показано условное графическое обозначение ОУ. Один из входов ОУ по отношению к выходу является неинвертирующим, а другой — инвертирующим (кружок на вводе ОУ). Питание ОУ осуществляют от двух одинаковых разнополярных источников +UП и —UП (на графических обозначениях источники питания обычно не показывают). При таком питании входные и выходные сигналы могут быть двуполярными, а нулевым входным сигналам соответствует нулевой выходной сигнал. Выходной сигнал ОУ пропорционален дифференциальному входному сигналу — разности входных U0=UН-UИ

Коэффициент усиления по напряжению Ко собственно ОУ равен отношению выходного напряжения к дифференциальному входному напряжению:

К0 = UBЫХ/U0

Передаточные характеристики (рис. 1. б) имеют важнейшее значение для ОУ. Если усиливаемый сигнал подан на неинвертирующий вход, а инвертирующий заземлен, то знак выходного напряжения совпадает со знаком входного (линия 1). При подаче сигнала на инвертирующий вход и заземлении неинвертирующего знак выходного напряжения будет противоположен знаку входного (линия 2). Угол наклона линейных участков передаточных характеристик пропорционален коэффициенту усиления по напряжению Ко. Горизонтальные участки передаточных характеристик соответствуют режиму насыщения оконечных транзисторов ОУ, поэтому выходное напряжение

В теории интегральной усилительной техники с целью упрощения анализа и расчета схем на ОУ вводят понятие «идеальный ОУ», для которого справедливы следующие допущения: бесконечно большие коэффициент усиления Ко = ∞ и входное сопротивление RBX0 = ∞ и нулевое выходное сопротивление RBЫX0= 0.

Из этих допущений вытекают два основных свойства ОУ.

1. Дифференциальный входной сигнал равен нулю

2. Входы ОУ не потребляют ток от источника входного сигнала

Рис. 1. Операционный усилитель:

а — условное графическое обозначение; б — передаточные характеристики

Понятие идеального ОУ соответствует принципу «виртуального»  (кажущегося) замыкания его инвертирующего и неинвертирующего входов.

При виртуальном замыкании, как и при физическом, напряжение между соединенными зажимами равно нулю. Но в отличие от физического замыкания, ток между виртуально замкнутыми зажимами не течет. Иначе говоря, для тока виртуальное замыкание зажимов эквивалентно разрыву электрической цепи. В зависимости от условий подачи усиливаемого сигнала на входы ОУ и подключения к нему внешних элементов можно получить две фундаментальные схемы включения — инвертирующую и неинвертирующую. Фактически любое схемотехническое решение с применением ОУ базируется на этих включениях.

Инвертирующий усилитель. В таком усилителе входное напряжение через резистор R1 подается на инвертирующий вход, который с помощью резистора обратной связи RОС охвачен параллельной ООС по напряжению (рис. 2. а). Неинвертирующий вход каскада заземлен.

Рис. 2. Инвертирующие схемы на ОУ:

а — усилителя; б — сумматора

    т.к.     то     

т.к.

то

отсюда коэффициент усиления инвертирующего усилителя

входное и выходное сопротивления инвертирующего усилителя:

При

схема на рис. 2 а превращается в инвертирующий повторитель (инвертор).

Еще одним вариантом инвертирующего  усилителя является преобразователь тока в напряжение. Это достигают при R1 = 0. Тогда ток IВХ = IОС= -UBbIX/RОС и выходное напряжение UBbIX = - IВХ/RОC

Сумматор (рис.2.б)

инвертирующий вход почти не потребляет ток, то сумма всех входных токов I1, I2 и I3 протекает только через резистор R1 и общий входной ток создает на нем падение напряжения UВЫХ = -(I1+ I2+I3)/ RОС Подставив в эту формулу соответствующие значения токов, выраженные через входные напряжения, и положив R = RОС, получим инвертирующий сумматор

Неинвертирующие схемы на ОУ:

Рис. 3. Неинвертирующие схемы на ОУ:

а — усилителя; б — сумматора

 

Поскольку     то    

Если  то -  повторитель напряжения,

, то   

              

-    постоянная времени цепи

Рис. 4.Устройства на ОУ:

а — дифференцирующее; б — интегрирующее

Интегрирующее устройство (интегратор). Поскольку в схеме рис. 4, б ток , находим . Приравняв эти токи и интегрируя, получим

 

На основе интеграторов выполняют генераторы линейно изменяющегося напряжения, широко использующиеся в различных радиотехнических устройствах, например в качестве генераторов напряжения разверток  электроннолучевых осциллографов, телевизионных систем и пр.

Рис.6. Избирательные усилители:

а — резонансный; б — с частотно-зависимой ОС; б — частотные характеристики


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29076. Филиалы и представительства юридического лица 25 KB
  Филиалы и представительства юридического лица Представительством является обособленное подразделение юридического лица расположенное вне места его нахождения которое представляет интересы юридического лица и осуществляет их защиту. Филиалом является обособленное подразделение юридического лица расположенное вне места его нахождения и осуществляющее все его функции или их часть в том числе функции представительства. Представительства и филиалы должны быть указаны в учредительных документах создавшего их юридического лица.
29077. Зависимые и дочерние хозяйственные общества 27 KB
  Зависимые и дочерние хозяйственные общества Дочернее хозяйственное общество если другое основное хозяйственное общество или товарищество в силу преобладающего участия в его уставном капитале либо в соответствии с заключенным между ними договором либо иным образом имеет возможность определять решения принимаемые таким обществом. Дочернее общество не отвечает по долгам основного общества товарищества. В случае несостоятельности банкротства дочернего общества по вине основного общества товарищества последнее несет субсидиарную...
29078. Создание юридических Лиц 31 KB
  лица организационное единство самостоятельная имущественная ответственность выступать истцом в суде выступать в обороте от своего имени имущественная обособленность государственная регистрация Способы образования юридических лиц: 1 распорядительный порядок юридическое лицо возникает на основе одного лишь распоряжения учредителя а специальной государственной регистрации организации не требуется. 51 ГК в современной России такой порядок возникновения юридических лиц не применим; 2 нормативноявочный порядок для образования...
29079. Реорганизация юридических лиц. Правовые последствия 39.5 KB
  Правовые последствия Реорганизация юридического лица слияние присоединение разделение выделение преобразование может быть осуществлена по решению его учредителей участников либо органа юридического лица уполномоченного на то учредительными документами. При присоединении юридического лица к другому юридическому лицу к последнему переходят права и обязанности присоединенного юридического лица в соответствии с передаточным актом. При разделении юридического лица его права и обязанности переходят к вновь возникшим юридическим лицам в...
29080. Ликвидация юридических лиц. Правовые последствия 29 KB
  Правовые последствия Ликвидация юридического лица влечет его прекращение без перехода прав и обязанностей в порядке правопреемства к другим лицам за исключением случаев предусмотренных федеральным законом. Юридическое лицо может быть ликвидировано: по решению его учредителей участников либо органа юридического лица; по решению. Виды ликвидации: добровольное принудительная банкротство Порядок ликвидации юридического лица Ликвидационная комиссия помещает в органах печати в которых публикуются данные о государственной регистрации...
29081. Объекты гражданского права и их классификация. Общая характеристика источников правового регулирования 35 KB
  Объекты гражданского права и их классификация. Общая характеристика источников правового регулирования. К объектам гражданских прав относятся вещи включая деньги и ценные бумаги иное имущество в том числе имущественные права; работы и услуги; охраняемые результаты интеллектуальной деятельности и приравненные к ним средства индивидуализации интеллектуальная собственность; нематериальные блага. Объекты гражданских прав могут свободно отчуждаться или переходить от одного лица к другому в порядке универсального правопреемства...
29082. Вещи как объект гражданского права и их классификация. Особенности применения классификации вещей в различных институтах гражданского права 26.5 KB
  Особенности применения классификации вещей в различных институтах гражданского права. Классификации вещей: 1.
29083. Ценные бумаги как объекты гражданского права и их классификация. Характеристика источников правового регулирования 31 KB
  Ценные бумаги как объекты гражданского права и их классификация. Характеристика источников правового регулирования Ценной бумагой является документ удостоверяющий с соблюдением установленной формы и обязательных реквизитов имущественные права осуществление или передача которых возможны только при его предъявлении. Признаки: Письменность Легальность субъекта права Предъявление Абстрактность предъявляемого К ценным бумагам относятся: облигация вексель чек депозитный и сберегательный сертификаты банковская сберегательная книжка на...