3. Вказівки і матеріали для самоконтролі) по темі «Зворотний зв'язок та його вплив на показники та характеристики аналогових електронних пристроїв»

Вивчення цього розділу доцільно почати з розгляду типів зворотного зв'язку (внутрішній, паразитний, зовнішній). З'ясувати різницю мів додатним і від'ємним зворотним зв'язком. Основну увагу слід звернути на зовнішні зворотні зв'язки. На­гадуємо, що використовуються чотири види зовнішнього зворотного зв'язку: послідов­ний за струмом (напругою); паралельний за струмом (напругою).

Поняття «послідовний» чи «паралельний» визначається способом введення зворот­ного зв'язку у вхідне коло пристрою відносно джерела сигналу, а поняття «за нап­ругою» чи «за струмом» визначає спосіб отримання сигналу зворотного зв'язку віднос­но навантаження, відповідно паралельно, послідовно.

Необхідно вивчити механізми впливу зворотного зв'язку на основні показники пристрою, коефіцієнти підсилення, вхідний і вихідний опір, частотні властивості, фазові та нелінійні спотворення. Нагадуємо, що послідовний від'ємний зворотний зв'язок зменшує коефіцієнт підсилення напруги пристрою і збільшує його вхідний опір, на величину, пропорційну глибині зворотного зв'язку А=k, де k – наскрізний коефіцієнт підсилення пристрою без зворотного зв'язку,  - коефі­цієнт передачі колом зворотного зв'язку.

Паралельний від'ємний зворотний зв'язок зменшує коефіцієнт підсилення за струмом і збільшує вхідну провідність пристрою. В свою чергу, зворотний зв'язок за напругою зменшує вихідний опір пристрою, а за струмом — збільшує,

Одночасно, всі види від'ємного зворотного зв'язку покращують частотні влас­тивості пристрою, розширюють його смугу пропускання, зменшують фазові та нелінійні спотворення, фон, завади, нестабільність. Зміна цих параметрів відбувається про­порційно глибині зворотного зв'язку.

Необхідно також вивчити особливості частотно залежного і частотно незалежного від'ємного зворотного зв'язку і механізми його впливу на форму АЧХ.

При вивченні цього розділу доцільно використовувати [2-8].

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. З якою метою застосовується зворотний зв'язок в аналогових електронних пристроях?

2. По таке додатний (від'ємний) зворотний зв'язок?

3. Чому можливий перехід від'ємного зворотного зв'язку у додатній і до чого це призводить?

4. Як впливає зворотний зв'язок на коефіцієнти підсилення пристрою?

5. Як впливає зворотний зв'язок на вхідний (вихідний) опір пристрою?

6. Як впливає від'ємний зворотний зв'язок на лінійні та нелінійні спотво­рення?

7. Довести, що нестабільність пристрою при від'ємному зворотному зв'язку зменшується.

4. Вказівки і матеріали для самоконтролю по темі "Забезпечення і стабілі­зація режиму роботи підсилювального елемента за постійним струмом"

---

Вивчення цього розділу передбачає засвоєння принципів забезпечення режимів за постійним струмом. Слід приділити увагу як каскадам з уніполярними так і з біполярний транзисторами, послідовно розглянувши схеми живлення затворних (базових) і стокових (колекторних) кіл.

Вивчаючи схеми на уніполярних транзисторах треба мати на увазі, що вони бувають трьох типів: польові (ПТ з керованим p-n-переходом та метал-діелектрик-напівпровідник (МДН) з вбудованим та індукованим каналом. Кожний з цих транзисто­рів може бути як з p-, так і з n-каналом.

Для МДН транзисторів схеми, що забезпечують режими такі самі, як і для інших типів уніполярних транзисторів. При цьому МДН транзистори з вбудованим каналом можуть працювати при від'ємній, додатній або нульовій напрузі на затворі. Тому, коли знак напруги на затворі і стоці протилежний, може використовуватися схема автоматичного зміщення, коли знаки напруг однакові - схема з подільником напру­ги у затворному колі [4].

Вивчаючи схеми на біполярних транзисторах слід звернути рагу на схеми з фіксованим струмом бази, фіксованої напругою на переході база-емітер, колектор­ної стабілізації, емітерної стабілізації, комбінованої стабілізації з генерато­ром стабільного струму [4].

Необхідно також звернути увагу на необхідність стабілізації положення робо­чої точки. Положення робочої точки, що забезпечується колами зміщення, не повинно значно відхилятися від значень, що забезпечують нормальну роботу підсилювального елементу у випадку зміни температури, старіння чи заміни підсилювального елементу. Стабілізація робочої точки може здійснюватись введенням спеціального зворотного зв'язку у схеми каскаду. Випадок паралельного ВЗЗ реалізований в схемі колекторної стабілізації, а випадок послідовної — в схемах емітерної і витокової стабілізації. Щодо вибору положення робочої точки треба звернута увагу на істотну різницю її положення в каскадах з великими та малими рівнями сигналів. Для вихідних каскадів підсилювачів, які працюють з великими сигналами, основною вимогою є досягнення максимальної потужності, що відповідає повному використанню транзистора. Якщо підсилювач працює в режимі малих сигналів, положення робочої точки повинно від­повідати вимогам мінімального рівня власних шумів транзистора.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Дайте пояснення принципів функціонування схем забезпечення зміщення з фіксованим струмом бази, фіксованою напругою на переході база-емітер, колекторної та емітерної стабілізації.

2. Дайте пояснення принципів забезпечення зміщення у схемах на уніполярних транзисторах.

3. Розрахуйте елементи схеми, що забезпечує зміщення у каскаді на біполярному транзисторі, якщо відомо U_бе0 , U_ке0 , I_к0 , h_21е , E (див. додаток 1),

4. Розрахуйте елементи схеми, що забезпечують необхідне положення робочої точки у випадку застосування уніполярних транзисторів, якщо відомі U_зв0 , U_св0 , I_с0 , E (див. додаток 1).

5. Поясніть призначення нелінійної моделі підсилювального елементу.

6. Яким чином здійснюються розрахунки режимів на ЕОМ?

7. Що таке "дрейф нуля" і як він оцінюється.

8. Яке положення робочої точки відповідає вимогам досягнення максимальної потужності та ККД?

9. Яке положення робочої точки відповідає вимогам забезпечення мінімального рівня власних шумів транзистора?

10. Що таке генератор стабільного струму? Що дає його використання в схемах стабілізації положення робочої точки?

11. Проаналізуйте, як змінюється положення робочої точки при зміні парамет­рів елементів схеми каскаду.

---

5. Вказівки і матеріали для самоконтролі по гемі "Каскади попереднього підсилення"

Призначення каскаду попереднього підсилення є підсилення напруги чи струму до значення, необхідного для роботи каскаду кінцевого підсилення. Електричні режи­ми для таких каскадів і їх елементи вибираються таким чином, щоб отримати від під­силювального каскаду найбільше підсилення при допустимих частотних і перехідних спотвореннях.

Розрахунки каскадів попереднього підсилення внаслідок малої амплітуди сигналу, як правило, виконуються з використанням їх еквівалентних схем без побудови дина­мічних (навантажувальних) характеристик. Нелінійні спотворення в таких каскадах незначні, тому їх як правило не розраховують.

Методи дослідження підсилювачів по еквівалентних схемах зручні при аналізі простих каскадів. Нагадаємо, що в загальному випадку підсилювальний елемент може бути поданий у вигляді еквівалентного генератора струму чи еквівалентного генератора-напруги [4]. Подання підсилювального каскаду у вигляді еквівалентної схеми дозволяє отримати зручні вирази, що використовуються для розрахунків каскадів попереднього підсилення.

В процесі вивчення цього розділу необхідно визначити вплив елементів підси­лювального каскаду на його параметри в частотних областях НЧ, СЧ і ВЧ. З цією метою доцільно подати еквівалентні схеми підсилювального каскаду для кожної з областей, окремо записати вирази для k₀, _в, k_в, M_в, _н, k_н, M_н, _гр. і т.д. [4].

Впровадження інтегральної технології виключає можливість регулювання схем після їх виготовлення, тому зростає необхідність використання ЕОМ для розрахунків основних параметрів і характеристик. Для досягнення цієї мети доцільно викорис­товувати систему діалогового схемотехнічного проектування (MicroCap, Workbench, ДІСП), що призначені для дослідження в режимі діалогу широкого класу лінійних та нелінійних схем [42]. Вона вміщують такі проектуючі підсистеми;

1. "Статика"(DC) — для аналізу статичних характеристик моделей електронних пристроїв та побудови карт режимів ;

2. "Частота"(AC) — для розрахунків частотних характеристик моделей пристроїв , визначення координат екстремальних точок та оптимізації частотних характеристик пристроїв, що розробляються;

3. "Нелінійна динаміка" — для розрахунків перехідних характеристик нелінійних електронних схем;

4. "Лінійна динаміка" — для аналізу перехідних процесів у лінійних та лінеаризованих схем;

5. "Спектр" — для розрахунків спектральних характеристик сигналів і визначення коефіцієнта нелінійних спотворень;

6. Інші пакети.

Система оперує як із вбудованими жорстко заданими моделями (нелінійними), так і з моделями довільної топології (лінійний аналіз). До складу схеми, що досліджується можуть входити компоненти таких видів: пасивні R-, C-, L-компоненти; незалежні джерела напруги E і струму I; напівпровідникові діоди D; стабілітрони SТ; біполяр­ні транзистори T; уніполярні транзистори TY; операційні підсилювачі OY; залежні джерела струму, що керуються напругою UI; двообмотковий трансформатор зі слабким зв'язком M; триобмотковий трансформатор зі слабким зв'язком MM; двообмотковий трансформатор із сильним зв'язком W; триобмотковий трансформатор із сильним зв'язком WW.

---

Вхідною інформацією для системи є опис схеми на вхідній мові системи. Текст опису схеми може бути введений в ЕОМ безпосередньо в процесі діалогової взаємодії із системою чи попередньо записаний на один із зовнішніх носіїв ЕОМ.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Пояснити умови відсутності частотних спотворень.

2. Пояснити умови відсутності перехідних спотворень.

3. Розрахувати елементи схеми каскаду, що забезпечують необхідний режим за постійним струмом. Визначити коефіцієнт підсилення схеми (див. додаток 2, конт­рольне завдання № 2).

4. Розрахувати коефіцієнт передачі, вихідний і вхідний опір витокового повторювача.

5. Розрахувати підсилювач на уніполярних транзисторах якщо задано: режими за постійним струмом, крутість, напруга джерела живлення, коефіцієнт підсилення, коефіцієнт частотних спотворень, смуга частот.

6. Як вибрати транзистор за частотними властивостями?

7. Пояснити переваги диференційного каскаду з ГСС.

8. Які особливості роботи підсилювального каскаду в режимі слабих сигналів?

9. Як можливо спростити вирази для АЧХ в області ВЧ у випадку застосування уніполярних транзисторів?

« ПРИСТРОЇ ПІДСИЛЕННЯ СИГНАЛІВ»

6. Вказівки та матеріали для самоконтролю по темі "Корекція частотних та перехідних характеристик"

Корекція характеристик аналогових електронних пристроїв застосовується тоді, коли потріб­но, не змінюючи коефіцієнт підсилення., розширити смугу пропускання (таким чином, збільшується площа підсилення [4]), або покращити форму перехідної характеристики. У деяких випадках за допомогою корекції створиться спеціальна форма АЧХ (наприклад АЧХ з підйомом в областях НЧ і ВЧ в підсилювачі відтворення магнітофону).

Розрізняють НЧ і ВЧ корекції та, відповідно, корекції перехідної характерис­тики в областях великого та малого часу. Якщо зменшувати нижню граничну частоту підсилювача, то зменшиться параметр перехідної характеристики в області великого часу, який називається зниження вершини. При звільненні верхньої граничної часто­ти зменшується тривалість фронту - параметр перехідної характеристики в області малого часу. Якщо АЧХ після корекції буде мати підйоми, то перехідна характеристика такого пристрою буде мати викиди. Треба добре з'ясувати, який існує зв'язок між АЧХ, ФЧХ та перехідною характеристикою [5].

До основних способів корекції відносяться [5, 7]:

• запровадження частотнозалежних кіл у навантаженнях підсилювачів (індуктивні ВЧ корекції, паралельна, послідовна, складна НЧ корекція за допомогою RC-кола);

• запровадження частотнозалежних зворотних зв'язків у підсилювачах (емітерна або витокова корекція, міжкаскадний зворотний зв'язок).

Основний принцип корекції полягає в тому, щоб створити у передаточної функції підсилювача додаткові нулі, які компенсують вплив на АЧХ, ФЧХ та ПХ полюсів пере­даточної функції [5].

---

В цьому розділі треба також вивчити способи та схеми регулювання форми АЧХ в підсилювачах (регулятори тембру). Докладно про це можна прочитати у [7, 43, 51].

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Який існує зв'язок між частотними та часовими характеристиками підсилювача?

2. Як впливає корекція АЧХ підсилювача на площу підсилення?

3. Що таке доступна площа підсилення?

4. Намалюйте підсилювач на польовому транзисторі з послідовною індуктивною ВЧ корекцією. Яким повинен бути вхідний опір наступного каскаду, щоб корекція була ефективною?

5. Намалюйте підсилювач на біполярному транзисторі зі складною індуктивною ВЧ корекцією. Назвіть переваги та недоліки такої схеми?

6. Намалюйте підсилювач з НЧ корекцією за допомогою RC кола. Як вірно розра­хувати конденсатор С?

7. Яким чином буде змінюватися АЧХ каскаду з емітерною ВЧ корекцією, якщо С=0, С=?

8. Побудуйте схему підсилювача з міжкаскадним зворотним зв'язком, який би мав підйоми АЧХ в областях НЧ і ВЧ.

9. По визначається за допомогою методу Брауде?

10. Які існують основні способи регулювання тембру в підсилювачах? Намалюйте схеми простих регуляторів ВЧ або НЧ, складного регулятора ВЧ та НЧ? Поясніть як вони працюють.

11. Поясніть різницю між послідовної та паралельною схемою індуктивної корекції.

7. Вказівки та матеріали для самоконтролю по темі "Кінцеві підсилювальні каскади"

Особливістю кінцевих підсилювальних каскадів (підсилювачів потужності) є їх робота з великими амплітудами вхідного та вихідного сигналів. Це обумовлює необ­хідність використання значних ділянок динамічних характеристик активних елементів.

Для розрахунків кінцевих підсилювачів не можна користуватися лінійними еквівалентними схемами каскадів, тому що за період вхідної напруги змінюються параметри активних елементів, виникають значні нелінійні спотворення. Розрахунки за допомогою динамічних характеристик відрізняються, в цьому випадку, більшою точністю.

Вивчаючи основні режими роботи активних елементів в кінцевих підсилювачах (клас А, В, АВ, С, Д) треба звернути увагу на кількісні значення таких параметрів, як ККД та нелінійні спотворення. Недолік класу А — малий ККД ( <25% для підсилювачів з безпосереднім увімкненням навантаження, <50% для трансформаторного підсилювача), але підсилювач в режимі класу А має невеликі нелінійні спотворення ( <10%).

Каскади у цьому режим застосовуються як в однотактних, так і у двотактних схемах. Каскади у режимі класу В застосовуються виключно в двотактних підсилювачах потужності. Такі підсилювачі мають великий ККД ( <78,5%), але досить значні нелінійні спотворення ( >10% за рахунок спотворень типу "сходинка''). Тому в двотактних підсилювачах для зниження спотворень використовують режим класу АВ, але при цьому знижується економічність схеми (ККД не перевищує 60%). У режимі класу С кінцеві каскади підсилювачів звукової частоти не вводять через значні спотворення. Цей режим застосовується, наприклад, у помножувачах частоти та інших радіотехнічних вузлах. В найбільш економічних підсилювачах, активні елементи яких знаходяться у режимі класу Д, ККД >60% , але вони досить складні.

---

Смотрите также файлы

• 1 ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ(варіант2).doc

• 7 Частина економіка.doc

• 8 Частина ЦО.doc

• 2 частина САПР.doc

• 3 Частина АСУ ТП.doc