Название: упражнения по основам электроники(Б. Х. Левин, Л.И. Малинин)

Жанр: Информатика

Просмотров: 1187


Упражнение  № 3

 

УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

 

Вопросы для подготовки к упражнению

 

Что называется усилителем ?

Чем отличаются друг от друга усилитель напряжения, усилитель тока и усилитель мощности ?

Какие требования предъявляются к входному и выходному сопротивлениям усилителя напряжения ?

Какие требования предъявляются к входному и выходному сопротивлениям усилителя тока ?

Чем ограничиваются максимальные выходные величины напряжения, тока и мощности усилителя ?

Что такое полоса пропускания усилителя ?

Чем определяются граничные частоты полосы пропускания усилителя ?

Чем отличается работа усилителей в классах А, В, С и D ?

Чем обеспечивается работа усилителя в классе А ?

Что такое температурная стабилизация усилительного каскада ?

Как осуществляется температурная стабилизация усилительного каскада класса А ?

Что такое обратная связь ?

Какие виды обратных связей могут быть использованы в усилителях ?

Какой вид обратной связи позволяет осуществить температурную стабилизацию усилительного каскада класса А без существенного снижения его коэффициента усиления ?

От чего зависит коэффициент усиления усилителя переменного напряжения на средних частотах его полосы пропускания ?

Чем объяснить снижение коэффициента усиления усилителя переменного напряжения за пределами его полосы пропускания ?

Что такое эмиттерный повторитель, и к какому типу усилителей он относится ?

Нужны ли эмиттерному повторителю специальные элементы температурной стабилизации ?

Что такое дифференциальный усилительный каскад, и почему он используется в усилителях постоянного напряжения ?

Используются ли в дифференциальном усилительном каскаде специальные элементы температурной стабилизации ?

Почему дифференциальный усилительный каскад существенно ослабляет синфазные входные воздействия ?

Какой транзисторный узел используется в дифференциальном усилительном каскаде в качестве источника тока в эмиттерной цепи усилительных транзисторов ?

Какой транзисторный узел используется в дифференциальном усилительном каскаде для увеличения коэффициента усиления и для получения выходного напряжения относительно нулевой шины источника питания ?

Что такое двухтактный эмиттерный повторитель ?

Как обеспечивается уменьшение зоны нечувствительности в двухтактном эмиттерном повторителе ?

Чем ограничивается полоса пропускания дифференциального усилительного каскада ?

 

Пример анализа работы устройства

 

Проанализируем работу транзисторного усилительного каскада переменного напряжения низкой частоты, схема которого приведена на рис. 10.

 

Рис. 10

Конденсаторы С1 и С2 не позволяют постоянному напряжению воздействовать на вход и на выход усилителя. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, фиксирующий потенциал базы транзистора VT1 при отсутствии входного сигнала.

Этим задаются: начальный базовый ток, начальный коллекторный ток и начальное коллекторное напряжение, примерно равное 0,5 Е.

Резистор R3 предназначен для преобразования изменения коллекторного тока в изменение потенциала точки 4.

Резистор R4 – элемент отрицательной обратной связи по постоянному току, реализующей температурную стабилизацию каскада. Конденсатор С3 делает эту связь гибкой, ослабляя ее влияние на коэффициент усиления каскада по напряжению.

Резистор R5 – нагрузочный элемент каскада.

На рис. 11 приведены временные диаграммы напряжений на элементах схемы устройства.

Рис. 11

 
 

На интервале времени (0–t1) положительная полуволна входного напряжения увеличивает потенциал точки 3, тем самым, увеличивая базовый и коллекторный токи транзистораVT1. При этом снижается потенциал точки 4 и на резисторе  R5 появляется отрицательная полуволна выходного напряжения.

На интервале времени (t1–t2) отрицательная полуволна входного напряжения вызывает противоположные по знаку изменения токов и напряжений в схеме.

Рост температуры транзистора приводит к росту нулевого коллекторного тока, вследствие чего растет начальный коллекторный ток. Это изменение происходит довольно медленно и вызывает рост напряжения U52 на резисторе R4. Напряжение U35 снижется. Это приводит к снижению начального базового тока и возврату начального коллекторного тока к прежней величине. Тем самым достигается температурная стабилизация режима работы транзистора VT1.

Проанализируем работу транзисторного усилительного каскада постоянного напряжения, схема которого приведена на рис. 12.

Рис. 12

 

Транзисторы VT1 и VT2 образуют источник тока i2, задаваемого в транзисторе VT1 и «отражаемого» в транзисторе VT2 («токовое зеркало»).

Транзисторы VT3 и VT4 – управляемые элементы дифференциального усилительного каскада. Функцию динамической нагрузки каскада выполняет «токовое зеркало» на транзисторах VT5,VT6. Нагрузочным элементом всего каскада является резистор R4.

На рис. 13 приведены временные диаграммы напряжений и токов в элементах схемы.

Рис. 13

 

При нулевом входном напряжении (t = 0) токи в транзисторах VT3, VT4, VT5, VT6 одинаковы и равны 0,5*i2. Следовательно, ток нагрузки i7 = i4 – i6 = 0 и выходное напряжение U43 = i7*R4 = 0/.

На интервале времени (0–t1) на входе 1 действует положительная полуволна входного напряжения U13. Она вызывает уменьшение тока i3 и соответствующее увеличение тока i4,

так как сумма этих токов постоянна и равна току i2. Вследствие этого уменьшаются токи i5 = i6, увеличивается ток i7 = i4 – i6 и увеличивается положительное выходное напряжение U43.

На интервале времени (t1–t2) на входе 1 действует отрицательная полуволна входного напряжения U13. Она вызывает противоположные по знаку изменения токов и напряжений в схеме.

 

Задания для самостоятельной работы

 

Устройство на рис.10

 

Как изменится работа устройства в случае обрыва в цепи резистора R1?

Как изменится работа устройства в случае обрыва в цепи резистора R2?

 Как изменится работа устройства в случае короткого замыкания в цепи резистора R1?

Как изменится работа устройства в случае короткого замыкания в цепи резистора R2?

Как изменится работа устройства в случае обрыва в цепи резистора R4?

Как изменится работа устройства в случае короткого замыкания в цепи резистора R4?

Как изменится работа устройства в случае короткого замыкания конденсатора С2?

Как изменится работа устройства в случае обрыва в цепи конденсатора С3?

Как изменится работа устройства в случае подключения эмиттера транзистора VT1, а его коллектора – к точке 5?

Как изменится работа устройства в случае десятикратного увеличения сопротивления R3?

Как изменится работа устройства в случае десятикратного уменьшения емкостей конденсаторов С1 и С2?

 

Устройство на рис. 12

 

Как изменится работа устройства в случае обрыва в цепи резистора R1?

Как изменится работа устройства в случае короткого замыкания между базой и эмиттером транзистора VT1?

Как изменится работа устройства в случае обрыва проводника между базой и коллектором транзистора VT1?

Как изменится работа устройства в случае подачи входного напряжения, приведенного на рис 13, на вход 2?

Как изменится работа устройства в случае перемены местами транзисторов VT5, VT6?

 

Синтез усилительных устройств

 

Приведите схему устройства, реализующего связь между входными и выходными сигналами, приведенными на временных диаграммах на рис. У3.

 

Рис. У3

 

Рис. У3 (окончание)