ОЕ Л8 + (Заг.хар.П) (1)

1.

ОСНОВИ
ЕЛЕКТРОНІКИ
Тема 3
ПІДСИЛЮВАЧІ ЕЛЕКТРИЧНИХ
СИГНАЛІВ
AMPLIFIERS OF ELECTRIC SIGNALS
Лекція 8
ЗАГАЛЬНІ ПАРАМЕТРИ ТА ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПІДСИЛЮВАЧІВ ЕЛЕКТРИЧНИХ СИГНАЛІВ
GENERAL PARAMETERS AND
CHARACTERISTICS OF ELECTRICAL SIGNALS
AMPLIFIERS

2.

МЕТА ЗАНЯТТЯ:
вивчити:
- класифікацію, параметри та
основні характеристики
підсилювачів електричних
сигналів;
- сутність зворотного зв’язку та
його вплив на параметри
підсилювачів.

3.

Питання лекції:
1. Класифікація підсилювачів
електричних сигналів.
2. Основні параметри та характеристики
підсилювачів електричних сигналів.
3. Зворотний зв’язок та його вплив на
параметри підсилювачів.
3

4.

Навчальна література:
Л1. Комп‘ютерна електроніка: Навч.
Посіб. Житомир: ЖВІ, 2017. (с.220-240)
Л 2. Ю. Шабатура та ін. Електротехніка, електроніка та автоматика у військовій техніці.
Навчально- методичний посібник. – Львів: НАСВ,
2022. – 203 с.
Л 3. NATO STANDARD AECTP-250. Electrical
And Electromagnetic Environmental Conditions.
Edition C, Version 1: NATO Standardization Office,
2014 – 253 р.
Л 4. Military Handbook 217F. “Reability prediction
of electronic equipment”. Department of Defence,
Washington, DC 20301, - 294 P.
4

5.

Голосарій терменів
Підсилювач - Amplifier
Підсилювачі низької частоти – Low frequency
amplifiers
Підсилювачі високої частоти – High frequency
amplifiers
Коефіцієнт підсилення – Gain factor
Динамічний діапазон - Dynamic range
Коефіцієнт шуму - Noise coefficient
Коефіцієнт корисної дії - Efficiency coefficient

6.

1. Класифікація підсилювачів
електричних сигналів
Електронний пристрій, що забезпечує
збільшення потужності електричних
сигналів з мінімальними спотвореннями їх
форми, називається підсилювачем
електричних сигналів.
Підсилювачі складаються з
радіокомпонентів, хоч один з яких повинен
бути активним.

7.

Структурна схема підсилюючого каскаду

8.

КЕ – керуючий елемент
Функціональна схема підсилювача

9.

Підсилювачі класифікуються за:
За призначенням:
•вимірювальні,
•радіозв’язкові,
•радіо- та телевізійні,
•радіо - та гідролокаційні,
•слідкуючих систем, тощо.

10.

За
характером
підсилюються:
ППС
ПЗЧ
сигналів,
ПВЧ
що

11.

За місцем у структурній схемі
пристрою:
• попередні підсилювачі (ПП),
•підсилювач проміжної частоти (ППЧ),
•підсилювач звукової частоти (ПЗЧ);
•передкінцевий підсилювач (ПкП);
•підсилювач потужності (ППТ).

12.

За частотним діапазоном:
•підсилювачі низької частоти (ПНЧ),
•підсилювачі високої частоти (ПВЧ),
•підсилювачі
надвисокої
частоти
(ПНВЧ).
За елементною базою:
підсилювачі на дискретних елементах i
на ІМС.
За типом активних елементів:
лампові, напівпровідникові, квантові та
інші підсилювачі.

13.

За потужністю навантаження:
• малої потужності;
•середньої потужності;
•великої потужності.
Залежно
від
ширини
смуги
пропускання:
• вузькосмугові (П0,7 2,5 кГц);
• середньосмугові;
• широкосмугові (П0,7 20 кГц)
підсилювачі.

14.

За наявності зворотного зв’язку
розрізняють підсилювачі без зворотного
зв’язку та зі зворотним зв’язком
(негативним, позитивним, комплексним
або реактивним).
За схемою живлення:
• з послідовним живленням;
• з паралельним живленням;
• з комбінованим живленням.

15.

2. Основні параметри та
характеристики підсилювачів
електричних сигналів:
.
.
IВХ
ZС
.
ЕС
.
UВХ
IВИХ
ZВХ
ZВИХ
.
KU ·UВХ
.
UВИХ ZН
Структура підсилювача

16.

Вхідний та вихідний опори визначаються
відношенням напруги до струму:
Вхідний
опір
вихідний
опір
Zвх = Uвх / Iвх;
Zвих = Uвих х.х / Iвих к.з.
Якщо Zвих<<Zвх, то забезпечується
підсилення за струмом.
Якщо Zвих>>Zвх, то забезпечується
підсилення за напругою.

17.

Розрізняють коефіцієнти
підсилення:
за напругою –
;
за струмом –
PВИХ
за потужністю – K P P .
ВХ

18.

Для оцінки модуля коефіцієнта
підсилення
використовують
логарифмічні одиниці – децибели
(дБ).
Зв’язок логарифмічних одиниць з
лінійними :
KU ДБ 20 lg KU , K I ДБ 20 lg K I .
K P ДБ = 10 lg K P

19.

Динамічний діапазон підсилювача
– визначає відношення максимально
допустимого значення вхідного сигналу
до його найменшого допустимого
значення.
D ДБ 20 lg( U ВХ max / U ВХ min ) 20 lg D.

20.

Коефіцієнт корисної дії (ККД)
показує, яка частина витраченої потужності
перетворюється в корисний сигнал і є:
PВИХ /( P0 PВХ ).
де РВИХ – потужність, яка віддається
навантаженню;
Р0 – потужність, яка споживається від
джерела живлення ;
РВХ – потужність вхідного сигналу.

21.

Для
підсилювачів
високої
частоти
важливим параметром є коефіцієнт шуму
Кш.
Коефіцієнт шуму (КШ) показує, в скільки
разів відношення сигнал/шум на вході пристрою
(РСВХ/РШВХ) більше відношення сигнал/шум на його
виході (РС ВИХ /РШ ВИХ).
КШ
РС ВХ / Р Ш ВХ
РС ВИХ / Р Ш ВИХ
Р Ш ВИХ
K P Р Ш ВХ
.
У реального електронного пристрою
КШ 1.

22.

АЧХ підсилювача – це залежність
модуля коефіцієнта підсилення від
частоти вхідного сигналу
К( f )
Кmax
К0
К0 / 2
Кmax
Кmin
fН
АЧХ підсилювача
fВ
f

23.

Робочий
підсилювача
діапазон
частот
– це смуга частот
від нижньої fН до верхньої fВ, в якій модуль
коефіцієнта підсилення не виходить за межі
допустимого рівня
П 0, 7 f В f Н .
К( f)
fН
fВ
f

24.

Середня частота робочого діапазону
знаходиться як середнє геометричне від
нижньої та верхньої частот
f0
fН fВ .
Відносне відхилення модуля коефіцієнта
підсилення в смузі робочих частот
оцінюється нерівномірністю АЧХ
K max
K max K min
Н%
100%
100%,
K0
K max K min

25.

Режими роботи підсилювачів
Режим А.
Транзистор працює
на лінійній ділянці ВАХ.
Переваги режиму А –
це малі спотворення,
Недоліки - ККД
не більше 25%.
Режим АВ.
Транзистори працюють
на границі відсічки ВАХ.
Переваги - ККД вище.
Використовується тільки
в двотактних підсилювачах.

26.

Двотактний підсилювач
Транзистори працюють почергово.
Має більший ККД (до 75 %)
Є ще більш складні режими роботи підсилювача,
наприклад режим D із ККД 98%

27.

3. Зворотний зв’язок та його вплив на
параметри підсилювачів
Зворотним
називається
зв’язок,
який
забезпечує передачу сигналу з вихідного
кола пристрою до вхідного.
Електричні кола, що забезпечують таку
передачу, називаються колами зворотного
зв’язку.

28.

1
Uвих
U1
Uвх
КП
3
Uзз
Rн
2
Підсилювач із зворотним зв’язком:
1 – підсилювач з коефіцієнтом підсилення КП ; 2 – коло зворотного
зв’язку з коефіцієнтом передачі ; 3 – схема порівняння

29.

У схемі порівняння 3 сигнал зворотного
зв’язку Uзз додається (ПЗЗ) (або віднімається
(РЗЗ)) до вхідного сигналу Uвх.
Таким чином, безпосередньо до входу
підсилювача подається сигнал
U1, який
залежить не тільки від вхідного Uвх, а й від
вихідного сигналу Uвих.
Коефіцієнт зворотного зв’язку показує, яка
частка вихідного сигналу створює сигнал
зворотного зв’язку:
і = Ізз / Івих ;
u = = Uзз / Uвих .

30.

За способом виділення сигналу зворотного
зв’язку із вихідного кола розрізняють:
а) зворотний зв’язок за напругою, якщо
сигнал зворотного зв’язку пропорційний
вихідній напрузі пристрою;
б) зворотний зв’язок за струмом, якщо
сигнал зворотного зв’язку пропорційний
вихідному струму пристрою;
в) комбінований зворотний зв’язок, якщо
сигнал зворотного зв’язку пропорційний
вихідним струму та напрузі пристрою.

31.

Види зворотного зв’язку
а)
б)
в)
г)
а – паралельний зворотний зв’язок за напругою;
б – паралельний зворотний зв’язок за струмом;
в – послідовний зворотний зв’язок за напругою;
г – послідовний зворотний зв’язок за струмом.

32.

Послідовний негативний зворотний
зв’язок за напругою:
забезпечує вхідного й вихідного
опорів підсилювача, нестабільності
коефіцієнта підсилення, але при
цьому зменшується й коефіцієнт
підсилення.
Останній недолік є ціною за
вищевказані переваги.

33.

Якщо в підсилювачі вводиться
паралельний зворотний зв’язок, то це
еквівалентно підключенню до його входу
додаткового опору.
У результаті при негативному
паралельному зворотному зв’язку
вхідний опір підсилювача , а при
позитивному – .

34.

Поява додаткових паразитних фазових
зсувів сигналу в петлі зворотного зв’язку
підсилювача може призвести до
синфазного додавання вхідного сигналу й
сигналу зворотного зв’язку.
Як наслідок цього, негативний
зворотний зв’язок може перетворитись
у позитивний і підсилювач втратить
стійкість (можуть виникнути
самозбудження).

35.

Радіоприймач АМ-радіостанцій
Суть – два каскади підсилення високої частоти
(радіочастоти), амплітудний детектор на діодах
та каскад підсилення звукової частоти
Які основні параметри та характеристики даних
підсилювачів ?????

36.

Пристрій пошуку
скритої електропроводки
Суть – котушка (магнітна антена) і три каскади
підсилення частоти електромережі (50 Гц) до
рівня, коли її можна почути через навушник В1
Які основні параметри та характеристики даного
підсилювача ?????

37.

ВИСНОВОК
Підсилювачі електричних сигналів є базовими
вузлами аналогових електронних пристроїв.
Використання різних зворотних зв’язків дає
можливість у широких межах регулювати параметри
підсилювачів:
– змінювати величину вхідного та вихідного
опорів;
– змінювати нестабільність коефіцієнта
підсилення та параметри АЧХ;
– регулювати коефіцієнт підсилення.