Файл: Учебнометодический комплекс по дисциплине электрооборудование фармацевтического производства для специальности 5В074800 Технология фармацевтического производства.doc

Усилительный каскад осуществляет поворот по фазе на 180⁰ выходного напряжения относительно входного и имеет большой коэффициент усиления по току.

В зависимости от величины смещения на базе транзистора Uсм различают режимы работы усилителя А, В, АВ, С, D.


а) б)
Рисунок 26

Режим А характеризуется выбором рабочей точки на линейном участке входной характеристики (рис. 27). В исходном состоянии транзистор открыт напряжением смещения Uсм и в цепи коллектора протекает ток Iко. При поступлении входного сигнала на выходе усилителя появляется выходной сигнал в противофазе по отношению к входному. Режим А характерен тем, что форма выходного сигнала повторяет форму входного за счет работы транзистора в активной зоне без захода в области насыщения и отсечки.

Режим характеризуется минимальными нелинейными искажениями. В то же время работа усилителя в режиме А отличается низким КПД, который теоретически не может превышать 0,5, что объясняется постоянным током I_ко вне зависимости от наличия или отсутствия входного сигнала.

Рисунок 27

Режим В характеризуется тем, что напряжение смещения U_см = 0, а следовательно, рабочая точка выбирается в самом начале входной характеристики (рис. 28). Особенностью режима является то, что при отсутствии входного сигнала отсутствуют базовые и коллекторные токи.

При поступлении входного сигнала ток в коллекторе имеет пульсирующий характер и протекает в течение половины периода. Режим В характеризуется высоким КПД, который может достигать 70%, однако выходной сигнал сильно искажается. Поэтому такой режим применяется только в двухтактных усилителях.


Рисунок 28
Режим АВ занимает промежуточное положение между режимами А и В. Он характеризуется небольшим напряжением смещения U_см меньшими нелинейными искажениями по сравнению с режимом В. Режим АВ используется в высококачественных двухтактных усилителях мощности.

Режим С характеризуется тем, что рабочая точка на входной характеристике сдвинута влево от начала координат. Следовательно, более половины периода транзистор находится в закрытом состоянии. Режим С характеризуется высоким КПД, большими нелинейными искажениями и применяется в генераторах частоты.

---

Режим D характеризуется тем, что усилительный элемент может находиться в открытом либо закрытом состояниях. Режим D, который называется ключевым режимом, применяется в импульсных схемах.

Параметры операционных усилителей

Операционными усилителями (ОУ) называются многокаскадные усилители постоянного тока с дифференциальным входным каскадом, большим усилением и несимметричным выходом, предназначенные для выполнения различных операций над аналоговыми величинами при работе с глубокой отрицательной обратной связью.

Преобразователи аналоговых сигналов на ОУ

Обычно функции, выполняемые ОУ, определяются элементами обратной связи. На основе ОУ могут быть построены масштабные усилители, повторители, сумматоры, интеграторы, стабилизаторы тока и напряжения, активные фильтры, усилители переменного тока, генераторы импульсных сигналов, функциональные преобразователи, схемы сравнения и пр.

Повторитель напряжения (рис. 29) представляет собой усилитель, охваченный 100% отрицательной обратной связью по выходному напряжению. Для повторителя U_вых = U_вх.

Рисунок 29
Неинвертирующий масштабный усилитель (рис. 30).

Рисунок 30

. (36)

Инвертирующий масштабный усилитель (рис. 31). Здесь входной сигнал и сигнал обратной связи подаются на инвертирующий вход ОУ. В отличие от предыдущей схемы входной сигнал подается на вход ОУ не непосредственно, а через делитель R1-R_ос.

. (37)

Рисунок 31
В дифференциальном усилителе (рис. 32) входной сигнал подается на прямой и инверсный входы. Особенностью такого усилителя является значительное ослабление синфазных помех.

---

Рисунок 32
. (38)
Интегратор (рис. 33) представляет собой ОУ, в цепь обратной связи которого включен конденсатор.

. (39)

Рисунок 33

Основная литература: [2, 5, 6]

Дополнительная литература: [7, 8]

---

Тема 7 Импульсные и цифровые устройства

Импульсная техника – раздел электроники, предметом которого является разработка теоретических основ, практических методов и технических средств генерирования, преобразования и измерения параметров электрических импульсов, а также исследование импульсных процессов в электрических цепях.

Наиболее часто в импульсных электронных устройствах используются импульсы прямоугольной (рис. 34,а), трапецеидальной (рис. 34,б), треугольной (рисунок 34,в) и экспоненциальной (рис. 34,г) формы. Импульсы, формы которых приведены на рис. 34,а…г, являются идеализированными. Форма реальных импульсов не является геометрически правильной из-за нелинейности характеристик полупроводниковых приборов и влияния реактивных сопротивлений в схемах. Поэтому реальные прямоугольные импульсы, наиболее часто используемые в практических импульсных схемах, имеют форму, приведенную на рис. 34,д.

Участки быстрого нарастания и спада напряжения или тока называются фронтом и срезом импульса, а интервал, на котором напряжение или ток изменяются сравнительно медленно,- вершиной импульса.

Активные длительности фронта τ_фа и среза τ_са определяются между уровнями 0,1U_m и 0,9U_m, где U_m – амплитуда импульса. Активная длительность вершины τ_а оценивается на уровне 0,5U_m. Импульс, показанный на рис. 34,д, имеет обратный выброс с амплитудой U_{m обр}. Кроме того, на его вершину наложены затухающие синусоидальные колебания, который, как правило, возникают из-за наличия в схеме паразитных колебательных цепей, образованных распределенными индуктивностями и емкостями.

Рисунок 34
Упрощенная форма реального прямоугольного импульса показана на рис. 34,е. Спрямленные отрезки ab, bc, cd отображают соответственно фронт, вершину и срез импульса, а отрезки de и ef – нарастание и спад обратного импульса. Скорость нарастания напряжения или тока на рис. 34,е характеризуется крутизной фронта импульса, а убывание напряжения или тока на вершине относительным снижением.

Одним из важнейших показателей импульсных сигналов является длительность импульсов. Помимо указанного параметра τ_а, определяющего активную длительность вершины на уровне 0,5U_m, длительность импульса характеризует время t_и, определяемое либо на уровне 0,1U_m, либо по основанию импульса (рис. 34,е).

К основным параметрам импульсов относится период повторения импульсов Т – интервал времени между началом двух соседних однополярных импульсов. Величину, обратную периоду повторения, называют частотой следования импульсов ν. Часть периода Т занимает пауза t_п – отрезок времени между окончанием и началом двух соседних импульсов t_п = T – t_и.

Отношение длительности импульса к периоду повторения называется коэффициентом заполнения

Величина, обратная коэффициенту заполнения, называется скважностью импульсов

Качество работы импульсных устройств во многом определяется временем восстановления импульса t_вос (рис. 34,е). Чем меньше t_вос, тем надежнее работает схема, тем выше ее быстродействие.

Мультивибраторы. Одним из наиболее распространенных генераторов импульсов прямоугольной формы является мультивибратор, представляющий собой двухкаскадный резистивный усилитель с глубокой положительной обратной связью. Одна из наиболее простых и типичных схем мультивибратора приведена на рис. 35. Элементы схемы подобраны так, чтобы обеспечить идентичность каждого из усилительных каскадов, собранных на однотипных транзисторах VТ1, VT2. При R1 = R4, R2 = R3, C1 = C2 и одинаковых параметрах транзистора мультивибратор называется симметричным.

Рисунок 35
На рис. 36 приведены временные диаграммы токов, протекающих в транзисторах, и напряжений на коллекторах и базах транзисторов. Исходный момент t₀ соответствует тому случаю, когда транзистор VT1 заперт, а транзистор VT2 открыт. Моменты t₁, t₂, t₃ соответствуют переключению схемы.

Рисунок 36
Базовые логические элементы. Применение двоичной системы счисления в цифровой электронике обеспечивает более высокую скорость выполнения операций и более высокую надежность электронной аппаратуры, т.к. элементной базой для ее построения служат элементы с двумя устойчивыми состояниями. Для описания алгоритмов работы цифровых устройств используется соответствующий математический аппарат, получивший название булевой алгебры или алгебры логики. Каждую конкретную комбинацию значений аргументов называют набором. При n аргументах существует 2ⁿ наборов. Для краткости набор записывается в виде двоичного числа, цифрами которого являются значения переменных, расположенных в определенном порядке. Двоичное число, представляющее набор, называется номером набора и обозначается α..

При n аргументах совокупность всех значений функции на 2ⁿ наборах содержит 2ⁿ нулей и единиц. Каждой функции соответствует своя комбинация этих 2ⁿ значений. Общее количество всех возможных функций n аргументов определяется числом .

Логические функции одной переменной приведены в таблице 1,

Таблица 1

α	х	f0	f1	f2	f3
0	0	0	0	1	1
1	1	0	1	0	1

---

где

f₀ – константа нуля;

f₁ – тождественная функция;

f₂ – логическое отрицание (функция НЕ);

f₃ – константа единицы.

Логические функции двух переменных приведены в таблице 2. В данном случае n = 2, поэтому число наборов переменных 2ⁿ = 4, а число всех возможных переключательных функций = 16.

Таблица 2

α	х1	х0	y = f(x1, x0)
			f0	f1	f2	f3	f4	f5	f6	f7	f8	f9	f10	f11	f12	f13	f14	f15
0	0	0	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1
1	0	1	0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1	1
2	1	0	0	0	0	0	1	1	1	1	0	0	0	0	1	1	1	1
3	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1

---