Підсилювачі електричних сигналів

Введення Загальні поняття У сучасній техніці широко використовується принцип управління енергією, що дозволяє за допомогою витрати невеликої кількості енергії управляти енергією, але в багато разів більшою. Форма як керованої, так і керуючої енергії може бути будь-який: механічної, електричної, світлової, теплової і т.д. Окремий випадок управління енергією, при якому процес управління є плавним і однозначним і керована потужність перевищує керуючу, носить назву посилення потужності або просто підсилення; пристрій, що здійснює таке управління, називають підсилювачем. Дуже широке застосування в сучасній техніці мають підсилювачі, у яких як керуюча, так і керована енергія являє собою електричну енергію. Такі підсилювачі називають підсилювачами електричних сигналів. Керуючий джерело електричної енергії, від якого посилюються електричні коливання поступають на підсилювач, називають джерелом сигналу, а ланцюг підсилювача, в яку ці коливання вводяться, - вхідний ланцюгом чи входом підсилювача. Джерело, від якого підсилювач одержує енергію, перетворюється їм у посилені електричні коливання, назвемо основним джерелом харчування. Крім нього, підсилювач може мати й інші джерела живлення, енергія яких не перетвориться в електричні коливання. Пристрій, що є споживачем посилених електричних коливань, називають навантаженням підсилювача або просто навантаженням; ланцюг підсилювача, до якої підключається навантаження, називають вихідний ланцюгом або виходом підсилювача. Підсилювачі електричних сигналів (далі просто підсилювачі), застосовуються в багатьох галузях сучасної науки і техніки. Особливо широке застосування підсилювачі мають у радіозв'язку і радіомовлення, радіолокації, радіонавігації, радіопеленгації, телебаченні, звуковому кіно, далекої проводового зв'язку, техніці радіовимірювань, де вони є основою побудови всієї апаратури. Крім зазначених областей техніки, підсилювачі широко застосовуються в телемеханіки, автоматики, лічильно-обчислювальних та обчислювальних пристроях, в апаратурі ядерної фізики, хімічного аналізу, геофізичної розвідки, точного часу, медичної, музичної та в багатьох інших приладах. Типи підсилювачів Підсилювачі діляться на ряд типів за різними ознаками. За родом підсилюються електричних сигналів підсилювачі можна розділити на дві групи: - підсилювачі гармонічних сигналів, призначені для посилення періодичних сигналів різної величини і форми, гармонійні складові яких змінюються багато повільніше тривалості встановлюються процесів в ланцюгах підсилювача. - Підсилювачі імпульсних сигналів, призначені для посилення неперіодичних сигналів, наприклад неперіодичної послідовності електричних імпульсів різної величини і форми. По ширині смуги і абсолютним значенням підсилюються частот підсилювачі діляться на ряд наступних типів: - підсилювачі постійного струму або підсилювачі повільно мінливих напруг і струмів, що підсилюють електричні коливання будь-якої частоти в межах від нижчої нульової робочої частоти до вищої робочої частоти. - Підсилювачі змінного струму, що підсилюють коливання частоти від нижчої межі до вищої, але не здатні посилювати постійну складову сигналу. - Підсилювачі високої частоти (УВЧ), призначені для посилення електричних коливань несучої частоти, наприклад прийнятих приймальні антеною радіоприймальних пристроїв. - Підсилювачі низької частоти (УНЧ), призначені для посилення гармонійних складових непреобразованного переданого чи прийнятого повідомлення. Підсилювачі низької частоти характеризуються великим відношенням вищої робочої частоти до нижчої, що лежить в межах 10 - 500 для усілетелей звукових частот і перевищує 105 для деяких типів видеоусилителей. Підсилювачі з вищої робочою частотою порядку сотень кілогерц і вище, одночасно мають велике відношення вищої робочої частоти до нижчої, зазвичай називаються широкосмуговими підсилювачами. Виборчі підсилювачі підсилюють електричні сигнали в дуже вузькій смузі частот. З трьох типів транзисторних каскадів для посилення напруги придатні два: каскад із загальною базою і каскад із загальним емітером. Каскад із загальним колектором може бути застосований в багатокаскадних системах, однак безпосереднього посилення напруги такий каскад не дає і виконує допоміжну роль. Для посилення напруги звукових частот найбільш придатний каскад із загальним емітером, так як він має більш високий вхідний і більше низький вихідний опору в порівнянні з каскадом із загальною базою. Розрахунок каскаду попереднього підсилення Принципова схема каскаду Принципова схема каскаду попереднього підсилення представлена ​​на рис.1 додатка 1. Розрахунок частотної характеристики каскаду з елементом ВЧ корекції Для підняття АЧХ каскаду на високих частотах в ланцюг колектора транзистора вводять елемент ВЧ корекції у вигляді дроселя з індуктивністю L. У нашому випадку необхідно ввести L = 0.01 мгн. Схема такого каскаду представлена ​​на рис.1 додатка 2. Розрахунок резистивного каскаду з вищезазначеними змінами в цілому аналогічний розрахунку каскаду без корекції для високих частот (див. п. 2.2), за винятком того, що у вираження для провідності колекторної гілки схеми буде входити крім RК також ще й опір дроселя, залежне від частоти: jwL. Еквівалентна схема для нижченаведеного розрахунку представлена ​​на рис.2 додатка 2. Розрахунок компенсаційного стабілізованого джерела напруги компенсаційного типу Для нормальної роботи підсилювача на нього необхідно подавати стійке постійна напруга живлення. Так як для реалізації цієї умови простого випрямляча змінного напруги недестаточно, між останнім і підсилювальним пристроєм ставлять стабілізатор напруги, який згладжує пульсації напруги живлення, тим самим забезпечуючи коректну роботу підсилювального пристрою. Компенсаційний стабілізатор напруги являє собою керований дільник вхідної напруги, що складається з опору навантаження та регулюючого елемента, що працює в лінійному (усилительном) режимі. Вихідна напруга стабілізатора порівнюється з еталонним (опорним) і виникає при цьому сигнал неузгодженості посилюється підсилювачем і впливає на регулюючий елемент стабілізатора таким чином, щоб вихідна напруга прагнуло досягти еталонного рівня. Принципова схема компенсаційного стабілізатора напруги наведена на рис.1 додатка 3. Вихідні параметри стабілізатора наступні: - нестабільність вхідної напруги aвх ................................... 0.15 - нестабільність вихідної напруги авих ............................... 0.001 - вихідна напруга Uвих, В. .......... ............................................ 12 Висновок В результаті виконання курсового завдання я розібрався в принципах роботи підсилювача електричних сигналів, навчився розраховувати резисторний каскад попереднього посилення, частотні характеристики такого каскаду, а також транзисторний стабілізатор напруги. Додаток 1 Рис.1. Принципова схема підсилювального каскаду Рис.2. Вихідна характеристика транзистора КТ315Б. Рис.3. Вхідна характеристика транзистора КТ315Б. Рис 7. АЧХ каскаду в діапазоні 10 ... 100 рад / с. Рис 8. АЧХ каскаду в діапазоні 100 ... 1000 рад / с. Рис 9. АЧХ каскаду в діапазоні 103 ... 104 рад / с. Рис 10. АЧХ каскаду в діапазоні 104 ... 105 рад / с. Рис 11. АЧХ каскаду в діапазоні 105 ... 2 · 106 рад / с. Рис 12. АЧХ каскаду в діапазоні 2 · 106 ... 4 · 107 рад / с. Додаток 2 Рис 3. АЧХ каскаду з корекцією і без корекції в діапазоні 105 ... 2 · 106 рад / с. Рис 4. АЧХ каскаду з корекцією і без корекції в діапазоні 2 · 106 ... 4 · 107 рад / с. Додаток 3