Основний спосіб зниження нелінійних спотворень у кінцевих двотактних каска­дах — введення від'ємного зворотного зв'язку.

Тема "Кінцеві підсилювальні каскади" добре викладена у [2, 4, 6, 7]. Зі схемотехнікою сучасних інтегральних потужних підсилювачів можна ознайомитися у [10, 38].

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Чим відрізняються режими активних елементів попереднього підсилювача від кінцевого підсилювача?

2. Наведіть характеристики основних режимів (класів) роботи кінцевих підсилювачів.

3. В чому перевага двотактної схеми кінцевого підсилювача перед однотактною?

4. Намалюйте часові діаграми струму колекторів, напруг на колекторах транзис­торів двотактного трансформаторного підсилювача, якщо він працює у режимі А, В, АВ.

5. Побудуйте вихідну динамічну характеристику за змінним струмом однотактного кінцевого підсилювача (трансформаторного, безтрансформаторного).

6. Яким чином вірно вибрати транзистори для кінцевого каскаду підсилення?

7. Чому режим класу В не поширений в потужних підсилювачах звукової частоти

8. Чим пояснюється спад АЧХ трансформаторного підсилювача на нижніх та верхніх частотах? Намалюйте еквівалентну схему трансформаторного підсилювача.

9. Які переваги має безтрансформаторний двотактний підсилювач? Намалюйте та поясніть схему такого підсилювача.

10. Намалюйте та поясніть структурну схему підсилювача потужності, який працює у режимі класу Д. Назвіть переваги та недоліки такого підсилювача?

11. Здійсніть вибір транзисторів для двотактної і однотактної схеми, якщо відомі Р_н і R_н.

12. Довести, що ККД каскаду, що працює в режимі класу В. більше, ніж у А

13. Довести, до в спектрі вихідного струму двотактної схеми відсутні парні гармоніки.

14. При яких умовах парні гармоніки в спектрі вихідного струму двотактної схеми повністю відсутні?

8. Вказівки та матеріали для самоконтролю по темі "Операційні підшивачі"

Найбільш поширеною аналоговою ІМС є операційний підсилювач (ОП), Ідеальний ОП має дуже великий коефіцієнт підсилення за напругою (К=), великий вхідний опір (R_вх.=), малий вихідний опір (R_вих.=). Завдяки цьому, властивості вузлів на ОП цілком визначаються параметрами елементів зворотного зв'язку.

Реальні ОП за властивостями наближаються до ідеальних ОП. До основних пара­метрів реальних ОП відносяться:

• коефіцієнт підсилення за напругою (10³...10⁷);

• коефіцієнт послаблення синфазних вхідних напруг (60...120 дБ);

• вхідний опір (10⁴...10⁹ Ом);

• вихідний опір (10...10³ Ом):

• частота одиничного підсилення (0,1...15 МГц);

• максимальна швидкість наростання вихідної напруги (0,1...10 В/мкс);

• максимальна вихідна напруга (на 1…2 В менше напруги живлення):

• вхідний струм (10^-9...510^-7 А);

• напруга зміщення на вході, за якої вихідна напруга дорівнює нулю (510^-4 ...1510^-3 В).

До основних характеристик ОП відносяться:

---

• АЧХ та ФЧХ:

• амплітудна характеристика.

Більш докладно про параметри та характеристики сучасних ОП можна дізна­тися в [1, 6, 21, 38].

Типова структурна схема ОП складається з трьох каскадів підсилення постійного струму. Перший каскад обов'язково виконується за, схемою симетричного диференційного каскаду. В другому каскаді часто використовується диференціальний каскад з несиметричним виходом. Кінцевий каскад виконується за схемою повторювача напруги, що зменшує вихідний опір ОП.

Опис структурних і принципових схем ОП можна знайти в [1, 6, 10].

Для проектування електричних схем за допомогою ЕОМ використовуються еквівалентні схеми ОП – макромоделі [6, 10, 51, 52].

Безпосередньо ОП в якості підсилювача не застосовується. Це пов'язано з двома причинами. По-перше, амплітудна характеристика ОП по вхідний напрузі дуже вузька, а по-друге, власний коефіцієнт підсилення за напругою ОП значно залежить від температури та інших дестабілізуючих факторів.

Для покращання параметрів підсилювачів 0П охоплюються зворотним зв'язком.

Найбільш поширені схеми включення ОП — це з паралельним зворотним зв'язком за напругою (інвертуюче включення) і з послідовним зворотним зв'язком за напругою (неінвертуюче включення).

Інвертувчий та неінвертуючий підсилювачі на ОП докладно розглянуті в [1, 6-9, 52].

Введення зворотного зв'язку в ОП може привести до самозбудження, якщо для деякої частоти одночасно виконуються умови балансу фаз та балансу амплітуд. Всі теоретичні положення, які вивчаються в розділі 3.3 стосовно стійкості пристроїв із зворотним зв'язком, можна застосовувати у випадку використання ОП [4-6].

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Які підсилювачі мають назву операційні?

2. Назвіть основні параметри та характеристики реального ОП.

3. Назвіть основні параметри ідеального ОП.

4. Чому в більшості випадків при розрахунку підсилювачів можна застосовувати ідеальну модель ОП?

5. Намалюйте типову структурну схему ОП.

6. Для чого в ОП використовують ГСС?

7. Назвіть властивості інвертувального підсилювача. Яким чином визначається ко­ефіцієнт підсилення цього підсилювача?

8. Назвіть властивості неінвертувального підсилювача. Яким чином на основі цього підсилювача можна побудувати повторювач?

9. Як ввести в ОП додатний (позитивний) зворотний зв'язок?

10. Які критерії стійкості ОП, що охоплені зворотним зв'язком, вам відомі?

11. Розрахувати схему підсилювача змінної напруги на основі ОП. Визначити його смугу пропускання, якщо задано k_. частота F_н, опір R_вх., відомі власні па­раметри ОП k₀ та f_од.. Живлення несиметричне.

9. Вказівки та матеріали для самоконтролі по темах "Аналогові пристрої, що здійснюють математичні операції над сигналом" та "Перетворювачі опору"

На основі інвертувального підсилювача може бути побудований аналоговий прис­трій, який здійснює підсумовування N сигналів — інвертувальний суматор. Переваги інвертувального суматора такі:

---

• незалежний коефіцієнт підсилення по кожному входу;

• незалежний вхідний опір по кожному входу;

• дуже малий паразитний зв'язок між джерелами сигналу на входах.

На основі неінвертувального підсилювача може бути побудований неінвертивальний суматор N сигналів. Однак треба мати на увазі, що переваги інвертувального суматора на неінвертувальний не поширюються. Так, наприклад, коефіцієнт підсилення за напругою і-го входу залежить від кількості входів, а вхідний опір і-го входу змінюється, якщо змінити опір j-го входу.

Для реалізації математичної операції віднімання треба використати диферен­ціальне включення ОП. Потрібно звернути увагу на те, що коефіцієнти підсилення по входах ОП різні. Тому, наприклад, для побудови пристрою віднімання з рівними за модулем коефіцієнтами підсилення необхідно по неінвертуючому входу ОП засто­сувати додатковий подільник з коефіцієнтом передачі , де k - коефіцієнт підсилення.

Інтегратор та диференціатор будуються на основі інвертувального підсилювача. Для цього в коло зворотного зв'язку вводиться реактивний елемент – конденсатор замість резистора.

Якщо конденсатор вмикається між виходом та входом, то маємо інтегратор. Пе­ревага інтегратора на ОП перед звичайним RC-колом полягає в збільшенні еквівалентної сталої часу, яка дорівнює , де k - власний коефіцієнт підсилення ОП.

Таким чином, починаючи з частоти сигналу , інтегратор має малу помилку інтегрування. Практичні схеми інтеграторів більш складні. Так, наприкл­ад, обов'язковим елементом інтегратора є ключ, за допомогою якого здійснюється "скид" до нуля, тобто розряд конденсатора.

Якщо конденсатор вмикається на вході ОП, то маємо диференціатор. Перевага диференціатора на ОП перед RC-колом полягає в зменшенні еквівалентної сталої часу до . Тому, починаючи з сигналу , диференціатор має невелику помилку.

Практичні схеми диференціаторів більш складні. Так, наприклад, для усунен­ня самозбудження, додатково вводяться кола корекції, які зменшують коефіцієнт підсилення на високих частотах.

Розглянуті пристрої здійснюють лінійні математичні операції. Докладніше такі пристрої на ОП розглянуті в [1, 6, 17, 39].

Якщо в коло зворотного зв'язку ОП вводити нелінійні елементи (діод, транзис­тор), то можливо побудувати пристрої, які здійснюють нелінійні математичні операції. Це логарифматори, антилогарифматори, обмежувачі, пристрої піднесення до степеня, перемножувачі [1, 6, 11, 17, 25, 39].

Особливу увагу треба звернути на перемножувачі, які знайшли широке застосуван­ня в радіотехніці. На їх основі будуються такі пристрої, як модулятори, демоду­лятори, подвійники частоти, подільники частоти, перетворювачі частоти [11, 25].

За допомогою схем на ОП, можна шляхом електронного регулювання, змінювати імпеданс (опір) або змінювати його характер на зворотний. В першому випадку маємо конверсію, а в другому - інверсію імпедансу. Схеми таких перетворювачів та їх опис мовна знайти в [5, 17]. Перетворювачі опору найбільш поширені в інтегральній схемотехніці, де потрібно в малому об'ємі реалізувати велику за значенням ємність або індуктивність.

---

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Визначити опір резисторів інвертувального суматора з трьома входами, якщо k₁=10, k₂=20, k₃=30.

2. Які властивості має інвертувальний суматор?

3. Визначити опір резисторів неінвертувального суматора з двома входами, якщо k₁=k₂=5.

4. Які властивості має неінвертувальний суматор?

5. Визначити опір резисторів пристрою віднімання на ОП з двома входами, якщо k₁=k₂=15?

6. Яким чином зрівняти вхідні опори від'ємника на ОП?

7. Які АЧХ та ФЧХ має інтегратор на ОП?

8. Які АЧХ та ФЧХ мав диференціатор на ОП?

9. Намалюйте структурні схеми балансного модулятора, фазового детектора, перетворювача частоти на основі аналогового перемножувача.

10. Які властивості має ідеальний аналоговий перемножувач?

10. Вказівки та матеріали для самоконтролю по темах "Активні RC-фільтри" та "Компаратори"

Переваги активних RC-фільтрів на ОП перед пасивними полягають у наступному:

• активні фільтри можуть мати коефіцієнт передачі у смузі пропускання більше одиниці;

• завдяки ОП активні фільтри дозволяють виключити вплив вихідного кола на вхідне;

• активні фільтри порівняно легко можуть перенастроюватися;

• активні фільтри інфранизьких та низьких частот мають невеликі розміри.

Разом з цим, недоліками активних фільтрів на ОП є:

• невелика верхня робоча частота (до 105...107 Гц);

• більший, ніж у пасивних фільтрів власний шум;

• обов'язкова наявність джерела живлення.

Синтез активних фільтрів на ОП полягає в створенні комплексного зворотного зв'язку за допомогою елементів R, C. Існує декілька різновидів фільтрів:

• за формою АЧХ (ФНЧ, ФВЧ, СФ – смуговий фільтр, РФ – режекторний фільтр);

• за критерієм синтезу (Чебишева, Баттерворта, Бесселя);

• за способом апаратурної реалізації (фільтри з Б33 - багатопетльовим зворот­нім зв'язком, фільтри на ДНУН - джерело напруги, яке керується напругою, біквадрантні фільтри).

Познайомитися з теорією, схемотехнікою, методикою розрахунку активних фільтрів на ОП можна в [5, 6, 20, 25, 39].

Компаратори [1, 38, 39] займають проміжне положення між аналоговими та циф­ровими вузлами. Напруга на виході компаратора умовно дорівнює 1 або 0, в залежності від того, перевищує або ні вхідна напруга встановлене значення, Найпростіший зразок компаратора – ОП без зворотного зв'язку. Для того, щоб покращити динамічні харак­теристики компаратора, на його виході встановлюють тригер – елемент цифрової тех­ніки.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Які основні переваги використання ОП у активних частотних фільтрах?

2. Поясніть, який існує зв'язок між АЧХ та ФЧХ активних ФНЧ (ФВЧ).

3. Як визначити порядок активного фільтра?

4. Намалюйте схеми активних ФНЧ, ФВЧ, СФ другого порядку з Б33.

5. Намалюйте схеми активних ФНЧ, ФЗЧ, СФ другого порядку на ДНУН.

6. Як побудувати активний ФНЧ непарного порядку?

7. Чим відрізняються фільтри Чебишева, Баттерворта, Бесселя?

8. З якою метою використовуються компаратори? Які є види компараторів?

9. Що таке час встановлення компаратора?

10. Для чого у колі зворотного зв'язку компаратора застосовують діоди?

---

ЗАКІНЧЕННЯ

Підготовку до складання екзамену та курсове проектування (розробка різно­манітних за функціями підсилювачів та аналогових пристроїв обробки сигналів) треба вести за допомогою літератури всіх розділів переліку. В другому розділі переліку приведена література для оформлення пояснювальної записки та графічної частини курсового проекту,

4. КОНТРОЛЬНІ РОБОТИ.

Протягом вивчення теоретичного матеріалу з курсу студент повинен виконати два контрольних завдання. Номер варіанту задачі пропонується викладачем. Контроль на робота оформляється в зошиті, з врахуванням загальних вимог складання та оформлення текстових документів.

Розв'язані задачі повинні мати необхідні графіки та схеми, вирази в загальному вигляді і з підстановкою чисельних значень. В кінці роботи треба зробити висновки та перелік літератури, яка використовувалась в ході роботи.

1. Контрольна робота № 1

1. Провести розрахунки підсилювального каскад на БТ (ПТ), увімкненого за схемою спільний емітер (спільний витік). При цьому врахувати, що в схемі відсутній RC-фільтр в колі колектора (стоку), а також використовується емітерна (витокова) стабілізація і немає зовнішнього зворотного зв'язку.

2. Задані (табл.. 4.1, 4.2):

1. тип транзистора;

2. напруга джерела живлення;

3. опір навантаження за постійним струмом;

4. опір навантаження за змінним струмом.

1. Потрібна:

1. побудувати динамічні характеристики за постійним та за змінним струмом (вихідну, вхідну, прохідну);

2. вибрати положення робочої точки за умовою реалізації режиму класу А;

3. вибрати амплітуди сигналів за умовами максимального використання динамічних характеристик, реалізації найбільшого ККД та найменших нелінійних спот­ворень;

4. розрахувати елементи схеми, за допомогою яких забезпечується режим за постійним струмом;

5. побудувати наскрізну динамічну характеристику;

6. визначити вихідну корисну потужність підсилювача;

7. визначити коефіцієнт підсилення підсилювального каскаду за напругою;

8. провести аналіз результатів і зробити висновки з робота.

4. Короткі методичні вказівки,

Кількість динамічних характеристик визначається типом активного елементу. При побудові динамічних характеристик можна користуватися методикою [4, 27].

Таблиця 4.1

	Тип транзистора та напруга джерела живлення, В
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
1	КТ3107Б 10	КТ203В 12	КТ203А 9	ГТ109Д 9	ГТ109И 8	КТ368Б 6	КТ315Б 6	КТ361В 14	КТ104А 20	КТ104Б 15
2	КТ104В 24	ГТ310Д 9	ГТ310Е 8	ГТ308Б 12	ГТ308Б 14	ГТ308В 12	КТ602А 40	КТ602Б 30	КТ603А 16	КТ802 60
3	КП103Е 24	КП301Б 25	КП301Е 16	КП304 20	КП305Д 10	КТ3107Б 11	КТ203В 13	КТ203А 10	ГТ109Д 10	ГТ109И 9
4	КТ368Б 7	КТ315Б 10	КТ361В1 12	КТ104А 21	КТ104Б 16	КТ104В 25	ГТ310Д 10	ГТ310Е 9	ГТ308А 13	ГТ308Б 15
5	ГТ308В 13	КТ602А 42	КТ602Б 32	КТ603А 17	КТ803 65	КП103Е 25	КП201Е 17	КП301Б 26	КП304 21	КП305Д 11
6	КП305Д 9	КП304 19	КП301Б 24	КП201Е 15	КП103Е 23	КТ803 55	КТ603А 15	КТ602Б 28	КТ602А 38	ГТ308В 11
7	ГТ308Б 13	ГТ308А 11	ГТ310Е 7	ГТ310Е 8	КТ104Е 23	КТ104Б 14	КТ104А 19	КТ361В 10	КТ315Б 12	КТ368Б 12
8	ГТ109И 7	ГТ109Д 8	КТ203В 8	КТ203А 11	КТ3107Б 9	КП305Д 9	КП3001Б 24	КП304 19	КП201Е 15	КП103Е 26
9	КТ803 50	КТ603А 15	КТ602Б 26	КТ602А 36	ГТ308В 10	ГТ308Б 12	ГТ308А 10,5	ГТ310Е 7,5	ГТ310Д 8	КТ104В 20
0	КТ104Б 12	КТ104А 18	КТ361В 8	КТ315Б 14	КТ368Б 10	ГТ109И 8	ГТ109Д 8	КТ203А 7	КТ3107Б 11	КТ3107Б 12

---

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