На головну

ТЕМА 1. ПІДСИЛЮВАЧІ АНАЛОГОВИХ СИГНАЛОВ

  1. V5: Підсилювачі і нелінійне перетворення сигналів
  2. V6: Цифрова обробка сигналів.
  3. Аналогові ІС - Підсилювачі
  4. види сигналів
  5. Виявлення слабких сигналів
  6. ГЕНЕРАТОРИ СИГНАЛІВ
  7. Вимірювання зміни частоти переданих сигналів.

аналоговий сигнал, цифровий сигнал

підсилювач, коефіцієнт посилення

вхідний сигнал, вихідний сигнал

вхідні клеми, вхід

вихідні клеми, вихід

підсилювач напруги, підсилювач струму

перетворювач напруги в струм,

 перетворювач струму в напругу

коефіцієнт посилення по напрузі

коефіцієнт посилення по току

діапазон робочих частот

нижня гранична частота, верхня гранична частота

вхідний опір,

 диференціальне вхідний опір

вихідний опір

 диференціальне вихідний опір

передавальна характеристика

динамічний діапазон

коефіцієнт нелінійних спотворень

Сигнали, оброблювані радіоелектронними пристроями, прийнято розділяти на аналогові и цифрові. Аналоговим сигналом називається сигнал, визначений в кожен момент часу і приймає значення в безперервному діапазоні можливих значень. З одного боку, для кожного моменту часу (з деякого кінцевого інтервалу) задано певне значення аналогового сигналу. З іншого боку, задавшись деяким значенням аналогового сигналу з безперервного діапазону можливих значень, можна вказати принаймні один (а може бути, більш, ніж один) момент часу, в якому сигнал приймає саме це значення. Сигнали, що приймають значення не з безперервного діапазону значень, а з кінцевого безлічі фіксованих значень, називаються цифровими сигналами.

Найбільш типовим представником аналогових пристроїв схемотехніки є підсилювач. Призначення підсилювача - по вхідного сигналу  формувати вихідний сигнал  , Який являє собою вхідний сигнал, помножений на деяку постійну величину:

.

величину K називають коефіцієнтом посилення підсилювача.

Оскільки як вхідний, так і вихідний сигнали підсилювача, як правило, представляють собою струм або напруга, мінливі в часі, для завдання вхідного сигналу необхідні дві вхідні клеми, В сукупності звані входом підсилювача, і, за подібною ж причини, для зняття вихідного сигналу необхідні дві вихідні клеми (вихід підсилювача), як це зображено на рис. 1.

 Найбільш часто як вхідним, так і вихідним сигналом є напруги и  , І в цьому випадку підсилювач називають підсилювачем напруги. Його головним параметром є коефіцієнт посилення
Мал. 1. Підсилювач аналогових сигналів

по напрузі, який можна визначити, зафіксувавши вхідна напруга (або його амплітуду при вимірах в режимі змінного струму), і вимірюючи вихідну напругу (або, відповідно, його амплітуду) на вихідних клемах. Необхідно відзначити, що вимірювання слід проводити без підключення навантаження до виходу уси-

 літеля, як це показано на рис. 2а. Коефіцієнт посилення в цьому випадку складе величину  , Тобто відношення вихідного і вхідного напруги (або їх амплітуд в режимі
Мал. 2а. Вимірювання коеффіціентаусіленія по напрузі

вимірювання на змінному струмі) і називається коефіцієнтом посилення по напрузі.

Рідше вхідним і вихідним сигналами є вхідний і вихідний струми и  , В цьому випадку підсилювач називають підсилювачем струму. Головним параметром підсилювача струму є коефіцієнт посилення по току  , Вимірювання якого слід проводити згідно зі схемою рис. 2б, підключаючи до входу підсилювача джерело струму фіксованої величини (або амплітуди) і вимірюючи величину (амплітуду) вихідного струму.

 У ряді випадків використовуються пристрої, вхідним сигналом яких є струм, а вихідним - напруга (або навпаки, вхідним - напруга, а вихідним - струм). Такі пристрої прийнято називати перетворювачами на-
Мал. 2б. Вимірювання коеффіціентаусіленія по току

напруги в струм (або перетворювачами струму в напругу).

При практичному використанні будь-якого підсилювача до його виходу підключається навантаження, що володіє деяким опираючись-ням  . Підключення навантаження тягне за собою деякий зраді-ня коефіцієнтів посилення як по напрузі, так і по току. При наявності кінцевої навантаження можна говорити про вихідної потужності підсилювача  і про коефіцієнт посилення підсилювача по потужності:

На практиці власне підсилювачами прийнято називати пристрої з позитивним (в децибелах) коефіцієнтом посилення по потужності, тобто пристрою з  . Так, що підвищує трансформатор, хоча його вихідна напруга може у багато разів перевищувати вхідний, підсилювачем називати не слід.

Оскільки потужність вихідного сигналу підсилювача повинна перевищувати потужність вхідного сигналу, в повній відповідності з законом збереження енергії, підсилювач потребує зовнішнього джерелі енергії. Тому робота будь-якого реального підсилювача неможлива без зовнішнього джерела живлення.

Як і будь-яка схема, що володіє входом і виходом, підсилювач володіє амплітудно-частотної (АЧХ) і фазово-частотної характеристики (ФЧХ), що відображають залежність абсолютного значення величини коефіцієнта посилення K(?) і фазового зсуву, що вноситься підсилювачем Ф(?) від частоти вхідного сигналу ? = 2?f. Як правило, АЧХ підсилювача приблизно постійна в деякому частотному діапазоні, званому діапазоном робочих частот підсилювача і обмеженому нижній и верхньої граничними частотами підсилювача. За межами діапазону робочих частот частотна характеристика, як правило, має невисоке значення. За значеннями граничних частот прийнята наступна (досить умовна) класифікація підсилювачів:

   Нижня гранична частота, Гц  Верхня гранична частота, Гц
 Підсилювачі постійного струму  103 ... 108
 Підсилювачі низьких (звукових) частот  20 ... 50  104 ... 2 ? 104
 Підсилювачі високих частот  104 ... 105  107 ... 108
 широкосмугові підсилювачі  20 ... 50  107 ... 108
 Підключення до підсилювача джерела вхідного сигналу з боку входу і навантаження з боку виходу (рис. 3), поза всяким сумнівом, впливає на його роботу. Проаналізуємо цей вплив. Підсилювач з підключеною
Мал. 3. Підключення до підсилювача навантаження джерела вхідного сигналу

навантаженням є двухполюсник. Різні значення опору навантаження RН відповідають різним двухполюсника, і, формально, одне й те ж напруга UВХ має викликати різні вхідні струми IВХ. Однак для практично всіх реальних підсилювачів вплив опору навантаження на вхідний струм настільки незначно, що на практиці їм можна знехтувати. Вважають, що вхідний струм визначається тільки вхідним напругою, причому в лінійному наближенні ця залежність приймає простий вигляд:

,

або, для малих змін вхідної напруги і вхідного струму:

,

де RВХ. і rВХ.- вхідний опір або диференціальне вхідний опір підсилювача.

При аналізі роботи підсилювача з боку входу застосовують такий же підхід, який використовується при аналізі роботи електричних джерел. При незмінному значенні вхідної напруги (і, відповідно, вхідного струму) підсилювач являє собою електричний джерело, що володіє напругою холостого ходу UХХ і вихідним опором RВИХІД (Або диференціальним вихідним опором rВИХІД). Неважко показати, що напруга холостого ходу підсилювача одно UХХ = KUВХ. вихідний опір (або диференціальне вихідний опір), Поряд з коефіцієнтом посилення і вхідним опором, є основним параметром підсилювача.

 Вважаючи головними параметрами підсилювача його коефіцієнт посилення і його вхідний і вихідний опору, розглядають еквівалентну схему підсилювача напруги, зображену на рис. 4.
Мал. 4. Еквівалентна схемаусілітеля напруги

Використання еквівалентної схеми істотно спрощує аналіз роботи підсилювачів.

приклад 1. До входу підсилювача з , и  підключений джерело з амплітудою напруги 10 мВ і внутрішнім опором 20 Ом. Визначити амплітуду вихідної напруги при підключенні навантаження 50 кОм.

Рішення. При підключенні джерела до входу підсилювача утворюється дільник напруги з коефіцієнтом ділення

,

тому напруга безпосередньо на вході підсилювача дорівнюватиме  . Вихідна напруга  подається на дільник напруги RВИХІД - RН з коефіцієнтом ділення

.

Таким чином, напруга на навантаженні складе величину

Для типових, що зустрічаються на практиці підсилювачів напруги залежність вихідної напруги від навантаження можна характеризувати вихідним опором тільки при невеликих значеннях вихідного струму. Для вихідних струмів довільного значення вихідна напруга визначається, як і для інших електричних джерел, навантажувальної характеристикою.

Залежність вихідної напруги підсилювача напруги від вхідного лінійна тільки для малих значень вхідної напруги. Для великих його значень коефіцієнт посилення стає відмінним від початкового значення і залежність величини вихідної напруги від величини вхідного може бути відображена графічно. Така залежність носить назву передавальної характеристики підсилювача. Характерний вид типової передавальної характеристики наведено на рис. 5. На цьому малюнку легко спостерігати, що передавальна характеристика має майже лінійний характер для вхідних напруг, менших певної величини (на рис. 5. позначеної  ). Це явище має місце на передавальних характеристиках всіх підсилювачів, при цьому максимальне значення вхідної напруги, при якому зберігається лінійний характер передавальної характеристики, носить назву динамічний діапазон.

Ще одним важливим параметром підсилювача є коефіцієнт нелінійних спотворень.

 При подачі на вхід підсилювача напруги навіть ідеально синусоїдальної форми вихідна напруга реального підсилювача буде містити, крім синусоїди з частотою вхідного напруги f, Синусоїди з частотами, кратними цій частоті, тобто 2f, 3f і т.д. Чим менше амплітуди цих складових, тим ближче вихідний сигнал до ідеальної синусоїди з частотою f, і
Мал. 5. Характерний вид тіпічнойпередаточной характеристики

тим ближче підсилювач до ідеального. Чисельно ця близькість до ідеалу виражається коефіцієнтом нелінійних спотворень:

,

де  - Амплітуди відповідних гармонік вихідної напруги, тобто його складових з частотами f, 2f, 3f і т.д.



Зробити висновок про роботу даного підсилювача | Програма лабораторної роботи
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати