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

23467. Средний и страдательный залоги 256.5 KB
  1 действительный залог activum средний залог medium страдательный залог passivum αἱρέω я беру захватываю αἱρέομαι я беру для себя выбираю αἱρέομαι меня берут захватывают προσάγω я привожу коголибо προσάγομαι я привожу к себе привлекаю к себе склоняю на свою сторону коголибо προσάγομαι меня приводят к комулибо λούω я мою купаю λούομαι я моюсь купаюсь λούομαι меня моют купают δικάζω я сужу творю суд как судья δικάζομαι я сужусь веду тяжбу как сторона в судебном процессе δικάζομαι надо мною творят суд...
23468. Указательные местоимения 133 KB
  отложительные глаголы страдательного залога deponentia passiva которые в аористе имеют формы страдательного залога а в будущем времени – формы либо среднего либо страдательного залога либо обе параллельные формы: βούλομαι – я желаю βουλήσομαι fut. промежуток времени в который чтолибо происходит в течение чего в продолжение чего во время чего: παρ᾿ ὅλον τὸν βίον – всю жизнь παρ᾿ ἡμέραν – ежедневно день за днём букв. приближение к какомулибо качеству в некоторых выражениях: παρὰ μικρόν παρ᾿ ὀλίγον – без малого почти...
23469. II аттическое склонение 174.5 KB
  образованное от основы перфекта будущее завершённое futurum exactum или futurum III обозначающее состояние в будущем которое станет результатом будущего действия: πεπαιδευκὼς ἔσομαι – я уже буду воспитавшим и тогда буду иметь коголибо воспитанным. Причастие будущего времени указывает на цель или намерение совершить какоелибо действие часто в сочетании с ὡς а также обозначает действие будущее по отношению к действию управляющего глагола например в обороте accusativus cum participio4: παρεσκευάζετο ὡς ἀπαντησόμενος τοῖς...
23470. Первое склонение 168.5 KB
  В сочетании с окончаниями именного склонения конечные элементы основ первого склонения образуют следующий набор практических окончаний: Окончания имён женского рода первого склонения singularis pluralis основа ᾱ ᾰ ᾱ ᾰ nominativus ᾱ purum η ᾰ purum ᾰ impurum αι genetivus ᾱς ης ᾱς ης ων dativus ᾳ ῃ ᾳ ῃ αις accusativus ᾱν ην ᾰν ᾱς ανς vocativus = nom. νῑκ singularis nominativus ἡ στρατιά [ᾱ] χώρᾱ τιμή μάχη νίκη genetivus τῆς στρατιᾶς χώρᾱς τιμῆς μάχης νίκης dativus τῇ στρατιᾷ χώρᾳ τιμῇ μάχῃ νίκῃ...
23471. Слияние гласных в именных и глагольных формах 222.5 KB
  движение сверху вниз с чего откуда по чему под что куда а также место под которым находится ктолибо или чтолибо под чем где: κατὰ τῆς πέτρας Xenoph. промежуток времени в пределах которого осуществляется какоелибо действие в течение чего в продолжение чего при ком: κατὰ τὸν Πελοποννησίων καὶ Ἀθηναίων πόλεμον Herod. отношение соответствие или сообразность с чемлибо относительно чего в соответствии с чем сообразно чему по чему: τὸ κατὰ τοῦτον εἶναι Xenoph. ἀπέκτονα убивать умерщвлять коголибо асс.
23472. Слитные глаголы I спряжения 163.5 KB
  Спряжение глаголов на εω Образец спряжения φιλέω основа φιλη – любить praesens indicativi activi singularis pluralis 1 φιλέω φιλῶ φιλέομεν φιλοῦμεν 2 φιλέεις φιλεῖς φιλέετε φιλεῖτε 3 φιλέει φιλεῖ φιλέουσιν φιλοῦσιν imperativus praesentis activi 2 φίλεε φίλει φιλέετε φιλεῖτε 3 φιλεέτω φιλείτω φιλεόντων φιλούντων infinitivus praesentis activi – φιλέεν φιλεῖν1 imperfectum activi 1 ἐφίλεον ἐφίλουν ἐφιλέομεν ἐφιλοῦμεν 2 ἐφίλεες ἐφίλεις ἐφιλέετε ἐφιλεῖτε 3 ἐφίλεε ἐφίλει ἐφίλεον ἐφίλουν praesens indicativi medii passivi singularis pluralis 1...
23473. III склонение 218.5 KB
  При склонении имён третьего склонения к их основам добавляются окончания во многом сходные с окончаниями первого и второго склонений: число singularis pluralis падеж род m f n m f n nominativus ς ø ø ες ᾰ genetivus ος ων dativus ῐ σῐ accusativus ν ᾰ = nom. Ἄραψ gen. ὄρνις gen. ἐλπίς gen.
23474. III склонение. Основы на -ν 147.5 KB
  существительные имеющие асигматический именительный падеж с удлинением последнего гласного: ὁ ἡ γείτων gen. γείτονος – сосед соседка ὁ ποιμήν gen. существительные с асигматическим именительным падежом распространившие конечный долгий гласный на все формы: ὁ ἀγών gen. ἀγῶνος – собрание состязание борьба ὁ Ἕλλην gen.
23475. Aoristus (аорист) 107.5 KB
  а также при некоторых близких им по значению прилагательных и указывает на цену чеголибо за сколько достойный чего: πολλοῦ πωλεῖται – продаётся за большие деньги ἄιος ἐπαίνου – достойный похвалы ; τῶν πόνων πωλοῦσιν ἡμῖν πάντα τἀγάθ᾿ οἱ θεοί Xenoph. ᾐνιάμην говорить загадками выражаться туманно намекать на чтолибо асс. ἠκολούθηκα следовать за сопровождать коголибо чтолибо dat. ἠτύχηκα терпеть неудачу не достигать чеголибо gen.