Совместное решение уравнений (3.42) и (3.39) дает
. (3.43)
Коэффициент усиления по напряжению определяется отношением амплитуд выходного и входного сигналов и прямо пропорционален коэффициенту усиления по току 
транзистора и отношению сопротивлений выходной 
и входной 
цепей
. (3.44)
Коэффициент усиления каскада составляет 
.
Коэффициент усиления ненагруженного усилителя ( 
) определяется отношением выходного и входного сопротивлений каскада
. (3.45)
Коэффициент полезного действия усилительного каскада в линейном режиме невелик
. (3.46)
Линейные схемы на операционных усилителях
Типовые линейные схемы на основе операционных усилителей находят широкое применение на практике. При анализе таких схем для ОУ применяют следующие допущения:
· входное сопротивление
;
· выходное сопротивление
;
· коэффициент усиления
- режим усиления
;
- режим насыщения
.
Инвертирующий усилитель
В инвертирующем усилителе использована параллельная обратная связь по напряжению (рис. 3.14).
Из-за бесконечно большого входного сопротивления ОУ выполняется соотношение для токов
. (3.47)
Пусть усилитель находится в режиме усиления, тогда разностный сигнал 
. На основании второго закона Кирхгофа для входной цепи и цепи ОС можно выразить токи:
|
|
|
, 
, –
и согласно (3.47) представить выходное напряжение
. (3.48)
Из (3.48) следует, что усилитель инвертирует, а его коэффициент усиления определяется отношением сопротивлений цепей ОС и входного сигнала
(3.49)
и для выполнения условия 
необходимо, чтобы 
.
Параллельная ОС по напряжению уменьшает как входное, так и выходное сопротивления инвертирующего усилителя. На низких частотах, когда можно перейти от комплексных величин к действительным, сопротивления усилителя представляется в виде:
, (3.50)
, (3.51)
что значительно меньше соответствующих сопротивлений ОУ.
Неинвертирующий усилитель
В неинвертирующем усилителе реализована последовательная обратная связь по напряжению (рис. 3.15).
Так же, как и для инвертирующего усилителя, выполняется соотношение и в режиме усиления разностный сигнал . Применяя второй закон Кирхгофа для входной цепи и цепи ОС, можно выразить падения напряжений на резисторах:
(3.52)
Выразив токи, можно записать
, (3.53)
откуда следуют выражения для выходного напряжения
|
|
|
(3.54)
и коэффициента усиления
. (3.55)
На низких частотах общее выражение (3.15) для коэффициента усиления, охваченного отрицательной последовательной обратной связью по напряжению, принимает вид
(3.56)
В режиме усиления ОУ ( 
) глубина обратной связи 
велика и коэффициент усиления определяется только свойствами цепи ОС
. (3.57)
Согласно схеме усилителя (рис. 3.15.), коэффициент ОС равен
(3.58)
и коэффициент усиления 
совпадает с коэффициентом (3.55), полученным из анализа схемы.
Последовательная обратная связь увеличивает входное сопротивление усилителя, а связь по напряжению уменьшает его выходное сопротивление. На низких частотах сопротивления неинвертирующего усилителя можно представить:
; (3.59)
. (3.60)
При : 
, 
.
3.6.3. Повторитель напряжения
Схема неинвертирующего усилителя, в которой сопротивления резисторов приняты равными 
и 
, превращается в схему повторителя напряжения (рис. 3.16).
В усилительном режиме, когда , выходное напряжение усилителя повторяет входное напряжение
|
|
|
. (3.61)
Усилитель мощности
Усилитель мощностиобеспечивает получение в нагрузке усиленного сигнала заданной мощности 
. Основной параметр усилителя – коэффициент усиления по мощности 
.
Транзисторы усилителя мощности работают в режиме большого сигнала, когда проявляются их нелинейные свойства. Уровень нелинейных искажений и КПД усилителя зависят от режима работы транзистора. Для достижения максимального КПД в усилителях мощности используют режим В, которому соответствуют значительные нелинейные искажения. С целью уменьшения искажений используют двухтактные усилители. При малых выходных мощностях применяют однотактные усилители и режим А, обеспечивающий минимальный уровень нелинейных искажений.
При выбранном источнике питания и транзисторе максимальную мощность в нагрузке получают путем согласования усилителя и нагрузки. Согласования достигают, обеспечивая равенство выходного сопротивления усилителя сопротивлению нагрузки 
. Рассмотрим согласование усилителя и нагрузки с помощью трансформатора (рис. 3.17).
|
|
|
При определении мощности нагрузки схему с трансформатором (а) можно заменить эквивалентной схемой (б), сопротивление нагрузки которой приведено к первичной обмотке трансформатора
, (3.62)
где 
– коэффициент трансформации; w1 и w2 – числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора.
Согласования 
добиваются, оптимизируя коэффициент трансформации
, (3.63)
где 
кОм, 
Ом.
Схема однотактного усилителя мощности с транзистором, включенным по схеме с ОЭ, приведена на
рис. 3.18. Трансформатор Тр обеспечивает согласование нагрузки с выходным сопротивлением усилителя.
Генераторы гармонических
Колебаний
Генератор гармонических колебаний преобразует энергию источника постоянного тока в энергию гармонических колебаний заданной частоты.
Генераторы классифицируют:
по способу возбуждения:
· с самовозбуждением – автогенераторы;
· с независимым возбуждением – усилители колебаний посторонних источников;
по виду обратной связи:
· RC-генераторы (низкочастотные);
· LC-генераторы (высокочастотные);
Автогенератор является усилителем с положительной обратной связью. Наиболее распространена последовательная обратная связь по напряжению (рис. 3.19).
Генератор с самовозбуждением состоит из усилителя с коэффициентом усиления 
и цепи ПОС с коэффициентом обратной связи 
. При наличии колебаний в схеме выходной сигнал пропорционален сигналу обратной связи
. (3.64)
Из (3.64) следует условие самовозбуждения генератора
. (3.65)
Условие самовозбуждения распадается на условия:
· баланса амплитуд
; (3.66)
· баланса фаз
, (3.67)
где n = 0, 1, 2…
Условие баланса амплитуд обеспечивает компенсацию потерь энергии в генераторе источником постоянного тока с помощью цепи ПОС. Устойчивый режим работы автогенератора достигается выполнением более сильного соотношения 
. Баланс фаз в автогенераторе выполняется при 
, когда фазовый сдвиг между напряжениями 
и 
составляет 180○.
Если условие самовозбуждения выполняется на одной частоте, то на выходе генератора возникают гармонические колебания. При выполнении условия в диапазоне частот выходной сигнал принимает более сложную форму. С изменением частотного диапазона выходной сигнал генератора может принимать разную форму, в том числе и прямоугольную.
Дата добавления: 2018-05-01; просмотров: 325; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!