.
Импульсные и цифровые устройства. Логические элементы Дешифраторы и шифраторы Мультивибраторы Проектные параметры резисторов Элементы инжекционной логики Конструкции МДП-транзисторов Проектирование топологии ИС

Физика решение задач

Электронные усилители

Параметры усилителей

Электронным усилителем называют устройство, в котором входной сигнал напряжения или тока используется для управления током (а следовательно, и мощностью), поступающим от источника питания в нагрузку. Обобщенная схема включения усилителя приведена на рис. 15.1.

Источниками сигналов могут быть различные преобразователи неэлектрических величин в электрические: микрофоны, пьезоэлементы, считывающие магнитные головки, термоэлектрические датчики и др. Частота и форма напряжения или тока этих источников может быть любой, например, импульсной, гармонической и др.

Нагрузкой усилителей могут быть различные устройства, преобразующие электрическую энергию в неэлектрическую, например, громкоговорители, индикаторные устройства, осветительные и нагревательные приборы и др. Характер нагрузки может существенным образом влиять на работу усилителя.

Классификация усилителей. Усилители можно разделить по многим признакам: виду используемых усилительных элементов, количеству .усилительных каскадов, частотному диапазону усиливаемых сигналов, выходному сигналу, способам соединения усилителя с нагрузкой и др. По типу используемых элементов усилители делятся на ламповые, транзисторные и диодные. По количеству каскадов усилители могут быть однокаскадными, двухкаскадными и многокаскадными. По диапазону частот усилители принято делить на низкочастотные, высокочастотные, полосовые, постоянного тока

 Рис. 15.1

(или напряжения). Связь усилителя с нагрузкой может быть выполнена непосредственно (гальваническая связь), через разделительный конденсатор (емкостная связь) и через трансформатор (трансформаторная связь).

Основные характеристики усилителей. Все характеристики можно разделить на три группы: входные, выходные и передаточные, К входным характеристикам относятся: допустимые значения входного напряжения
или тока, входное сопротивление и входная емкость. Обычно эти характеристики определяются параметрами

Основной передаточной характеристикой усилителя является его коэффициент усиления. Различают коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности

 , , (15.1)

где ,  и  значения напряжения, тока и мощности на входе усилителя; ,  и  значения напряжения, тока и мощности на выходе усилителя.

Коэффициент усиления в общем случае является комплексной величиной, т. е. он зависит от частоты входного сигнала и характеризуется не только изменением амплитуды выходного сигнала с изменением частоты, но и его задержкой во времени, т. е. изменением его фазы. Частотные характеристики усилителя описывают его динамические свойства в частотной области. Для описания динамических свойств усилителям во временной области пользуются его переходной характеристикой. Переходная характеристика усилителя является его реакцией на скачкообразное изменение входного сигнала.

Полоса пропускания. Полосой пропускания усилителя называют диапазон частот, внутри и на границах которого модуль коэффициента усиления уменьшается не более чем в  раз по сравнению с максимальным значением коэффициента усиления (рис. 15.2). Для количественной оценки динамических свойств усилителя в частотной области используются такие параметры, как полоса пропускаемых частот , граничные значения частот верхней  и нижней . Аналогично во временной области используют параметры переходной характеристики: время ее нарастания  и спада . Если переходная характеристика имеет выбросы, то их значение также нормируется.

 Рис. 15.2

Частотная характеристика. Чем шире полоса частот, тем сложнее задача равномерного усиления любого колебания в этой полосе. Неравномерное же усиление звуковых колебаний различных частот приводит к потере естественности звука, т.е. к его искажением. Такого рода искажения называется амплитудночастотными или частотными. При прохождении сигнала через усилитель его форма подвергается изменению. Эти изменения формы обычно называют искажением сигнала. Искажения сигнала называют линейными, если при передаче его через усилитель спектральный состав не изменяется. Это означает, что если гармонический сигнал подать на вход усилителя, то на выходе усилителя сигнал также будет гармоническим и стой же частотой. Основной причиной линейных искажений является зависимость комплексного коэффициента усиления от частоты входного сигнала.

Нелинейные искажения связаны с изменением спектрального состава сигнала при его передаче через усилитель. Появление нелинейных искажений обусловлено нелинейностью передаточных характеристик усилительных элементов. Для оценки нелинейных искажений обычно пользуются коэффициентом гармоник  равным отношению действующего значения

 Рис. 15.3

высших гармоник выходного напряжения (или тока) к действующему значению первой гармоники при подаче на вход усилителя гармонического сигнала

 , (15.2)

где   действующее значение напряжения первой гармоники, U2...Un дей ствующие значения второй и других высших гармоник.

Обобщенная схема усилителя приведена на рис. 15.3а. Она содержит входную цепь, которая обеспечивает режим работы усилительного элемента и ввод входного сигнала; управляемый источник напряжения или тока на одном из видов усилительных элементов; выходную цепь, которая обеспечивает передачу сигнала к нагрузке, и цепь обратной связи, которая определяет усилительные свойства усилителя. В реальных схемах некоторые из этих узлов могут отсутствовать. В качестве примера на рис. 15.3б приведен усилитель на

биполярном транзисторе в качестве управляемого источника тока.

Однокаскадные усилители. Из однокаскадных усилителей наибольшее распространение получили повторители напряжения, повторители тока и усилители напряжения. Поскольку в различных источниках эти усилители называют по разному, в дальнейшем будут приведены их дублирующие названия.

Повторителем напряжения называют усилитель с коэффициентом усиления по напряжению . Очевидно, что такие усилители не обеспечивают усиления по напряжению, однако они имеют достаточно высокий коэффициент усиления по току и, следовательно, по мощности.

  Повторители тока. Повторители тока называют усилитель с коэффициентом передачи по току . Такие повторителя, не обеспечивая усиления по току, имеют достаточно высокий коэффициентом усиления по напряжению и, следовательно, по мощности.

Обозначение ИМС

Система обозначений ИМС устанавливается стандартом ГОСТ 18672 и состоит из следующих элементов:

ХХ Х ХХХ ХХ ХХ

  1 2 3 4 5

В поле 1 размещаются одна-две буквы, определяющие область применения и конструктивное исполнение, материал корпуса.

Буква «К» в поле 1 соответствует ИМС широкого применения. Отсутствие названой буквы соответствует ИМС специального применения. Вторая буква в поле 1 соответствует материалу корпуса: «Р» — пластмассовый, «М» — металлокерамический.

В поле 2 размещается одна цифра, определяющая группу по конструктивно-технологическому исполнению кристаллов и плат ИМС. Предусмотрено деление на три группы со следующими обозначениями:

цифры 1, 5, 7 — соответствуют полупроводниковым ИМС;

цифры 2, 4, 6, 8 — соответствуют гибридным ИМС;

цифра 3 — соответствует прочим ИМС (пленочные и иные).

В поле 3 размещается до трех цифр в диапазоне (000–999), указывающих порядковый номер разработки серии ИМС. Совокупность цифр полей 2, 3 обозначает серию ИМС.

В поле 4 размещаются две буквы, определяющие группу и вид по функциональному назначению ИМС в соответствии с таблицей, приведенной в ГОСТ 18672.

В поле 5 размещаются одна-две цифры или сочетание цифры и буквы, указывающие на отличительные признаки вариантов ИМС при совпадении группы и вида в поле 4. Присваивается изготовителем ИМС в соответствии с техническими условиями на изделие.

Пример обозначения: КМ 555 ЛА3 — ИМС широкого применения (буква К) в металлокерамическом корпусе (буква — М) полупроводниковая (первая цифра 5) с номером разработки 55 (серия 555), выполняющая функцию логического элемента И-НЕ (согласно классификатору ГОСТ 18682: группа и вид — ЛА) на два входа, содержащая в корпусе четыре идентичных логических элемента (спецификация исполнения 3 в поле 5 обозначения).

Для бескорпусных исполнений ИМС в поле 1 вносится буква «Б» (на месте обозначения материала корпуса), а через дефис «-» выделяется поле 6, в котором одной цифрой обозначают модификацию конструктивного исполнения кристаллов, плат в следующем соответствии:

1 — кристаллы с гибкими выводами;

2 — кристаллы с ленточными (паучковыми) выводами (включая на полиимидной пленке);

3 — с жесткими выводами;

4 — на общей пластине (не разделенные);

5 — разделенные без потери ориентации (накленные на основу);

6 — с контактными площадками без выводов;

Пример обозначения бескорпусной микросхемы широкого применения КБ136ЛА3-4; серии 136; с функцией 2И-НЕ; с неразделенными кристаллами — 4.

 


На главную