Похожие презентации:
Усилители. Усилительный каскад на БПТ с ОЭ
1. Раздел 4. Усилители
2. Усилители
• Усилитель – устройство, предназначенное дляусиления тока, напряжения или мощности
• Усилитель характеризуют коэффициентами усиления
по напряжению, току, мощности, амплитудночастотной характеристикой (АЧХ), фазо-частотной
характеристикой (ФЧХ), амплитудной
характеристикой
• При каскадном соединении усилителей, общий
коэффициент усиления равен произведению
коэффициентов усиления всех каскадов.
3. 4.1. Усилительный каскад на БПТ с ОЭ
4. 4.1. Усилительный каскад на БПТ с ОЭ
Принцип действия усилителя.Пусть источник питания Eк включен так, чтобы переход
база-коллектор был закрыт.
Чтобы усилитель усиливал переменное входное
напряжение, необходимо обеспечить режим работы по
постоянному току (нужно создать такие значения
постоянных Iб, Iк, Uбэ, Uкэ, чтобы рабочая точка
находилась на линейном участке входной и выходной
характеристик). Для обеспечения режима по
постоянному току необходимо установить Rб (Rб
определяет Uбэ) такое, чтобы Uкэ находилась в
середине линии нагрузки (Uкэ Eк / 2)
5. 4.1. Усилительный каскад на БПТ с ОЭ
Выбор режима по постоянному току. Коллекторныйконтур, построение линии нагрузки.
U кэ I к Rк Ек
U кэ Ек I к Rк
Линия
нагрузки
6. 4.1. Усилительный каскад на БПТ с ОЭ
По характеристикам транзистора подбираем значения токов инапряжений точки покоя
7. 4.1. Усилительный каскад на БПТ с ОЭ
По уравнению состояния цепи базы определяемсопротивление Rб, обеспечивающее нужный режим по
постоянному току
Чтобы при подключении источника входного
переменного напряжения ток базы покоя не тек через
малое сопротивление источника Rг, и не нарушался бы
режим покоя, источник и транзистор разделяют
конденсатором С1.
8. 4.1. Усилительный каскад на БПТ с ОЭ
Подадим на вход переменноенапряжение uвх такое, чтобы в
любой момент времени
значения токов и напряжений
лежали в пределах линейного
диапазона входной и выходной
характеристик транзистора.
Переменное входное
напряжение вызовет
переменный ток базы
9. 4.1. Усилительный каскад на БПТ с ОЭ
Транзистор усиливаетпеременную составляющую
тока базы в h21 раз
Для преобразования тока
коллектора в напряжение
служит резистор Rк:
Чтобы отделить на
нагрузочном резисторе
постоянную и переменную
составляющую, используют
разделительный конденсатор
C2.
10. 4.2. Анализ работы усилителя на БПТ с ОЭ
Есть два метода анализа работыусилителя:
1. Графо-аналитический (наглядный,
долгий, не точный);
2. Аналитический (только для расчета на
переменном токе, только для
линейного режима)
11. 4.2. Анализ работы усилителя на БПТ с ОЭ
12. 4.2. Анализ работы усилителя на БПТ с ОЭ
13. 4.2. Анализ работы усилителя на БПТ с ОЭ
Аналитический способ расчетаЭквивалентная схема замещения
усилителя на переменном токе
14. 4.2. Анализ работы усилителя на БПТ с ОЭ
Схема замещения усилителя в областисредних частот
Rк Rн
R
Rк Rн
'
к
15. 4.2. Анализ работы усилителя на БПТ с ОЭ
U вхI б
;
h11
U вых
U вх '
h21
Rк
h11
16. 4.3. Характеристики усилителя
1. Коэффициент усиления в области средних частотU вых
h21 Rк'
KU
;
U вх
h11
K Ux
h21 Rк
h11
2. Амплитудно-частотная характеристика
17. 4.3. Характеристики усилителя
3. Амплитудная характеристика• Наклон амплитудной
характеристики на
линейном участке
зависит от
коэффициента
усиления.
• линейный диапазон
определяется
напряжением питания
коллектора (при
правильном выборе
режима по постоянному
току)
18. 4.3. Характеристики усилителя
4. Входное и выходное сопротивленияRб h11
Rвх
h11;
Rб h11
Rвых
Rк
Rк
1 h22 Rк
19.
4.4. Усилителипостоянного тока (УПТ)
20. 4.4. Усилители постоянного тока
• УПТ – усилитель, имеющийравномерную АЧХ до самых низких
частот
Требования к УПТ:
1. При Uвх = 0, Uвых = 0.
2. При изменении знака
входного напряжения
изменяется знак
выходного напряжения.
3. Выходное напряжение пропорционально входному
напряжению.
21. 4.4. Усилители постоянного тока
Особенности многокаскадных УПТ на базе усилителяна БПТ:
1. Для связи каскадов нельзя использовать емкостные
элементы.
2. Необходимо разделять постоянное напряжение,
требуемое для обеспечения работы усилительного
каскада в линейном режиме, и усиленное входное
постоянное напряжение.
22. 4.4. Усилители постоянного тока
3. Дрейф (тепловой) выходного напряжения первыхкаскадов проявляется как изменение выходного
напряжения усилителя.
Из-за большого температурного дрейфа каскады с
непосредственной связью не применяются
Для минимизации температурного дрейфа
применяют дифференциальные усилители
постоянного тока
23. 4.4. Усилители постоянного тока
Электрический мостЕсли мост сбалансирован, т.е.
• выходное напряжение равно нулю
• выходное напряжение не зависит от напряжения источника питания
• выходное напряжение не зависит от значений сопротивлений плеч
моста
24. 4.4. Усилители постоянного тока
Дифференциальный УПТ25. 4.4. Усилители постоянного тока
Свойства дифференциального УПТ:• U âûõ K u U âõ1 U âõ2
• малый дрейф нуля;
• высокий уровень подавления синфазных
помех
Недостаток дифференциального УПТ: требует
двуполярного источника питания, необходим подбор
элементов
26. 4.5. Обратные связи в усилителях
Обратной связью в усилителях называютпередачу части (или всего) выходного
напряжения усилителя на его вход.
27. 4.5. Обратные связи в усилителях
Если при включении обратной связи выходноенапряжение усилителя при неизменном
входном напряжении увеличивается, обратную
связь считают положительной, если
уменьшается – отрицательной.
Обратные связи делят на обратные связи по
току и по напряжению:
• обратная связь по напряжению:
• обратная связь по току:
β – коэффициент обратной связи, Rос – взаимное сопротивление выходной
цепи и цепи обратной связи.
28. 4.5. Обратные связи в усилителях
Пусть коэффициент усиления усилителя без обратнойсвязи равен K, а коэффициент усиления звена
обратной связи равен β. Определим коэффициент
усиления с отрицательной обратной связью
Коэффициент усиления с учетом обратной связи:
29. 4.5. Обратные связи в усилителях
Для положительной обратной связиВведение отрицательной обратной связи уменьшает
коэффициент усиления, введение положительной
обратной связи - увеличивает
30. 4.5. Обратные связи в усилителях
Влияние ОС на стабильность усилителей.Пусть коэффициент усиления усилителя K нестабилен:
K = K ± ΔK
Нестабильность усилителя с обратной связью:
Для отрицательной обратной связи
31. 4.5. Обратные связи в усилителях
Относительная нестабильность коэффициентаусиления:
Отрицательная обратная связь снижает
относительную нестабильность
коэффициента усиления!
32. 4.5. Обратные связи в усилителях
Для положительной обратной связи:Положительная обратная связь
повышает относительную
нестабильность коэффициента
усиления!
33. 4.5. Обратные связи в усилителях
Отрицательная обратная связь вусилителях позволяет:
• Повысить стабильность коэффициента
усиления
• Снизить входное и повысить выходное
сопротивления
• Снизить нелинейные искажения
• Расширить полосу пропускания
34. 4.5. Обратные связи в усилителях
В усилителях применяют толькоотрицательную обратную связь.
Чем больше коэффициент обратной связи β,
тем стабильнее коэффициент усиления.
При использовании глубокой обратной связи
(K β >> 1) коэффициент усиления не зависит от K
Добиться глубокой обратной связи можно,
используя очень большие значения K.
35. 4.6. Операционные усилители
Операционный усилитель (ОУ) – этодифференциальный усилитель постоянного
тока с большим коэффициентом усиления,
предназначенный для работы с отрицательной
обратной связью.
Типичное значение коэффициента усиления: 10000 10000000
36. 4.6. Операционные усилители
ОУ имеет два входа: инвертирующий инеинвертирующий.
ОУ усиливает разность входных напряжений
37. 4.6. Операционные усилители
ОУ характеризуется:1. Амплитудной (передаточной) характеристикой,
2. Коэффициентом усиления по напряжению,
3. Входным сопротивлением
4. Выходным сопротивлением
5. Входным напряжением смещения нуля Uсм
6. Частота единичного усиления
7. Скорость нарастания выходного напряжения
8. Время установления выходного напряжения
38. 4.6. Операционные усилители
Идеальный ОУ:Реальный ОУ:
39. 4.7. Устройства на ОУ
1. Инвертирующий усилитель40. 4.7. Устройства на ОУ
Примем ОУ идеальным (входные токи ОУ равны нулю)41. 4.7. Устройства на ОУ
Коэффициент усиленияинвертирующего усилителя не зависит
от коэффициента усиления ОУ, а
определяется только сопротивлениями
резисторов в цепи обратной связи
42. 4.7. Устройства на ОУ
2. Неинвертирующий усилитель43. Неинвертирующий усилитель
U вхi1
R1
U вых
i2
R1 R2
в U вх
а в 0
а U вх
a : i1 i2 0
i1 i2
U вх
U вых
R1 R1 R2
U вых
R2
KU
1
U вх
R1
44. 3. Сумматор
i1U вх1
U
U
; i2 вх2 ; i3 вх3
R1
R2
R3
ioc
U вых
U
U
U
( вх1 вх2 вх3 )
Rос
R1
R2
R3
U вых (
Rос
R
R
U вх1 ос U вх2 ос U вх3 )
R1
R2
R3
U вых ( K1 U вх1 K 2 U вх2 K 3 U вх3 )
в 0
а в 0
а 0
a : i1 i2 i3 iос 0
iос (i1 i2 i3 )
45. 4. Интегрирующее устройство
U вхi1
R
в 0
а в 0
а 0
a : i1 i2 0
i1 i2
U вых
U вых
1
i2 dt
C
1
U вх dt
CR
46. 5. Дифференцирующее устройство
dU вхi1 C
dt
U вых
i2
R
U вых i2 R
U вых
в 0
а в 0
а 0
a : i1 i2 0
i1 i2
dU вх
C R
dt