Меню

Амплитудная характеристика усилителя представляет собой зависимость выходного напряжения от

Амплитудная характеристика РЭА и ее влияние на характеристики устройства в целом

Одним из наиболее важным параметров радиоэлектронного устройства является его амплитудная характеристика. На графике отображается зависимость выходного переменного напряжения от входного переменного напряжения. Ее иногда путают с амплитудно-частотной характеристикой (зависимостью амплитуды выходного сигнала от частоты). Пример амплитудной характеристики радиоэлектронного устройства приведен на рисунке 1.


Рисунок 1. Амплитудная характеристика радиоэлектронного устройства

Идеальная характеристика должна представлять собой прямую линию, выходящую из начала координат. Отклонение выходного напряжения от идеальной зависимости в точке 2 вызывается ограничением синусоидального сигнала сверху или снизу (насыщение или отсечка транзистора). Отклонение от идеальной прямой в начале графика (точка 3) вызывается наличием шумового напряжения. Шум в усилительных приборах присутствует всегда, поэтому даже при отсутствии входного напряжения на выходе есть какое-то напряжение.

Для построения амплитудной характеристики потребуются генератор переменного тока и вольтметр переменного напряжения.

Не следует путать амплитудную характеристику с передаточной характеристикой усилительного элемента. В качестве примера на рисунке 2 приведены передаточные характеристики полевого транзистора КП102Е.


Рисунок 2. Передаточные характеристики полевого транзистора

Эту зависимость можно снять при помощи простейшего ампервольтомметра (тестера) и лабораторного источника питания. На передаточной характеристике транзистора можно отложить рабочую точку и в зависимости от этой точки будет меняться коэффициент усиления транзистора и вместе с ним наклон амплитудной характеристики усилителя. Пример выбора рабочей точки на передаточной характеристике транзистора приведен на рисунке 3.


Рисунок 3. Усиление синусоидального сигнала на транзисторе

На данной характеристике можно отметить режим отсечки и режим насыщения транзистора, а также построить графики изменения входного напряжения и выходного тока.

Амплитудная характеристика усилителя конечно же зависит от передаточной характеристики. Изменяя положение рабочей точки на передаточной характеристике можно изменять коэффициент усиления. Это приведет к изменению наклона амплитудной характеристики. Рабочая точка может приближаться к напряжению отсечки или напряжению насыщения транзистора. На амплитудной характеристике любое отклонение от середины передаточной характеристики приведет к уменьшению входного максимального напряжения. Эта означает, что ограничение сигнала наступит при меньшем напряжении (точка 3 на графике, приведенном на рисунке 1).

Отклонение графика от идеальной прямой в точке 2 вызвано другими причинами. Это напряжение шумов и помех усилителя или радиоэлектронного устройства. При отсутствии сигнала на входе усилителя на его выходе будут присутствовать только шумы и помехи. Амплитудная характеристика позволяет определить коэффициент усиления и динамический диапазон радиоэлектронного блока. Динамический диапазон определяется как отношение максимального сигнала к минимальному в линейном масштабе или разность максимального уровня сигнала и минимального в логарифмическом масштабе:

Umax и Umin определяются по амплитудной характеристике прибора (см. рисунок 1)

Результирующая амплитудная характеристика радиоэлектронного устройства определяется характеристиками каждого из его блоков. В результате усиления шумов предыдущих каскадов динамический диапазон всего устройства в целом может уменьшаться. Увеличение динамического диапазона может быть вызвано применением фильтров, которые будут подавлять внедиапазонные шумы и помехи, поэтому правильное взаимное расположение блоков может значительно улучшить амплитудную характеристику устройства в целом.

Читайте также:  Электрическая цепь состоит из источника постоянного напряжения идеального амперметра

Дата последнего обновления файла 04.08.2018

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Вместе со статьей «Амплитудная характеристика РЭА и ее влияние на характеристики устройства в целом» читают:

Шумы и помехи Помехи отличаются от шумов тем, что поступают в радиоэлектронное устройство извне. Шумы образуются внутри радиоэлектронного устройства.
https://digteh.ru/Sxemoteh/Shum/

Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 . 2021

Источник

Амплитудная характеристика усилителя

Амплитудная характеристика усилителя – это зависимость амплитуды выходного напряжения усилителя от изменения амплитуды напряжения на входе. По этой характеристике судят о пределах изменения входного и выходного сигналов усилителя. Ее снимают при синусоидальном входном сигнале для области средних частот. Типичный вид амплитудной характеристики усилителя показан на рис. 4.9.

Участок 2 – 3 соответствует пропорциональной зависимости амплитуды выходного напряжения Uвых m от амплитуды входного напряжения Uвх m, которые связаны между собой коэффициентом усиления

Амплитудная характеристика не проходит через начало координат из-за наличия на выходе усилителя собственных шумов. Участок 1 – 2 амплитудной характеристики не используется, так как здесь полезный сигнал трудно отличить от собственных шумов усилителя. По величине Umin/KU оценивают уровень минимальных напряжений входного сигнала (чувствительность) усилителя.

При достижении некоторого уровня входного сигнала, соответствующего точке 3, пропорциональность зависимости выходного напряжения от входного сигнала нарушается. Причиной является ограничение максимального напряжения одной или обеих полуволн выходного напряжения на неизменном уровне. Ограничение выходного напряжения обуславливается перемещением рабочей точки каскада вдоль линии нагрузки по переменному току в область начальных участков коллекторных характеристик (для одной полуволны), либо в область отсечки коллекторного тока (для другой полуволны).

Отношение максимально допустимого выходного напряжения к минимально допустимому называется динамическим диапазоном усилителя

При входном напряжении синусоидальной формы сигнал на выходе усилителя нельзя считать чисто синусоидальным. Искажения формы выходного напряжения, вносимые усилителем, называют нелинейными. Нелинейные искажения, создаваемые усилителем, оценивают для синусоидального входного напряжения, исходя из состава высших гармоник, появляющихся в кривой выходного напряжения усилителя из-за отличия формы выходного напряжения от синусоидальной. Мерой оценки служит коэффициент нелинейных искажений (клирфактор) усилителя, выражаемый в процентах:

,

где U1 – действующее значение первой (основной) гармоники выходного напряжения; U2, U3, U4…- действующие значения высших гармоник выходного напряжения, появляющихся вследствие отличия формы выходного напряжения от синусоидальной.

Усилители с обратной связью

Обратная связь осуществляется подачей на вход усилителя сигнала с его выхода. Структурная схема усилителя с обратной связью показана на рис. 4.10. Звено обратной связи характеризуется коэффициентом передачи ŵ, показывающим связь параметра (напряжения, тока) выходного сигнала этого звена с параметром (напряжением, током) выходной цепи усилителя. Коэффициент усиления усилителя Ķ и коэффициент передачи цепи обратной связи (ОС) ŵ показаны на рис. 4.10 в виде комплексных значений с целью учета возможного фазового сдвига, возникающего на низких и высоких частотах из-за наличия в схеме усилителя и в цепи ОС реактивных элементов. Если анализируется работа усилителя в области средних частот и в цепи ОС отсутствуют реактивные элементы, то можно использовать действительные значения коэффициентов K и w.

Читайте также:  Как вычислить среднеквадратичное значение выходного напряжения

Различают четыре основных вида обратной связи:

— последовательная обратная связь по напряжению;

— последовательная обратная связь по току;

— параллельная обратная связь по напряжению;

— параллельная обратная связь по току.

Обратная связь по напряжению реализуется путем измерения выходного напряжения и подачей некоторой его части на вход. Обратная связь по току реализуется путем измерения выходного тока и подачей некоторой его части на вход.

Последовательная обратная связь реализуется путем суммирования на входе усилителя напряжения входного сигнала и напряжения, пропорционального выходному напряжению или току. Параллельная обратная связь реализуется путем суммирования на входе усилителя тока входного сигнала и тока, пропорционального выходному напряжению или току.

Обратную связь называют положительной, если результат ее воздействия приводит к увеличению сигнала на входе и, следовательно, на выходе. Если результат воздействия обратной связи приводит к уменьшению сигнала на входе и выходе, то обратную связь называют отрицательной. Отрицательная обратная связь позволяет улучшить некоторые показатели усилителя, поэтому она нашла наибольшее применение.

Коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью, в области средних частот можно определить по формуле

. (4.5)

Знак «-» в выражении (4.5) соответствует положительной обратной связи, а знак «+» — отрицательной. Таким образом, коэффициент усиления усилителя, охваченного положительной обратной связью, больше коэффициента усиления самого усилителя, а коэффициент усиления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, меньше коэффициента усиления самого усилителя.

Положительная обратная связь может привести к самовозбуждению усилителя, когда на выходе усилителя появляется сигнал, состоящий из спектра частот независимо от сигнала на входе. Такой режим работы возникает, если выполняется неравенство |KU w| ³ 1. Это свойство положительной обратной связи используется при построении генераторов напряжения.

Отрицательная обратная связь приводит к стабилизации параметров усилителя, охваченного обратной связью. Относительное изменение коэффициента усиления усилителя с отрицательной обратной связью в 1+ KU w раз меньше относительного изменения коэффициента усиления усилителя без обратной связи. При большом коэффициенте усиления KU и большой глубине обратной связи (1+ KU w) удается практически полностью исключить зависимость коэффициента усиления усилителя от изменения его параметров. При этом единицей в знаменателе выражения (4.5) можно пренебречь и коэффициент усиления усилителя будет определяться только коэффициентом передачи цепи обратной связи w:

т. е. практически не будет зависеть от KU и возможных его изменений.

С помощью отрицательных обратных связей, охватывающих отдельные каскады усилителя, решают задачу уменьшения нелинейных искажений выходного сигнала, а также ослабления влияния помех в усилителе.

Обратные связи оказывают влияние и на входное и выходное сопротивления усилителя. Результат этого влияния зависит от вида обратной связи. На входное сопротивление влияет способ подачи сигнала обратной связи на вход усилителя (параллельная или последовательная обратная связь). На выходное сопротивление влияет тип сигнала, снимаемого с выхода усилителя (напряжение или ток).

Читайте также:  Рассчитать мощность стабилизатора напряжения для дачи

Введение последовательной отрицательной обратной связи позволяет увеличить входное сопротивление усилителя в 1+ KU w раз. Введение параллельной отрицательной обратной связи уменьшает входное сопротивление усилителя в 1+ KU w раз. Отрицательная обратная связь по напряжению уменьшает выходное сопротивление усилителя в1+ KU w раз, а отрицательная обратная связь по току увеличивает выходное сопротивление усилителя в1+ KU w раз.

4.8 Каскады усиления мощности

Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается нагрузка. Поэтому при анализе усилителей мощности основное внимание уделяется энергетическим показателям.

Рассмотренные ранее усилители обеспечивают усиление относительно небольших мощностей. И при проектировании таких усилителей вопросы повышения КПД и вообще энергетических показателей не являются первостепенными. Однако если усилитель служит для питания, к примеру, маломощных двигателей постоянного тока, то высокое значение КПД позволяет снизить потери энергии источника питания, уменьшить нагрев приборов и т.д.

Схемы каскадов усиления мощности отличаются большим разнообразием и могут выполняться как на биполярных, так и на полевых транзисторах, включенных по схеме ОБ, ОЭ (ОИ) или ОК (ОС). По способу подключения нагрузки и связи между каскадами каскады усиления мощности могут быть трансформаторными и бестрансформаторными.

Каскады усиления мощности отличаются от рассмотренных схем не только структурой, но и особенностями расчетов.

Классы усиления

В усилителях мощности нашли применение три класса усиления: класс А, класс В и класс АВ, отличающиеся положением точки покоя на линии нагрузки по постоянному току.

Особенности классов усиления покажем на примере коллекторных характеристик транзистора ОЭ.

Построим зависимость uкэ=f(uбэ), называемую передаточной характеристикой каскада (рис. 4.11).

При увеличении напряжения uбэ растет ток базы iб, растет и ток коллектора.

В результате увеличивается падение напряжения на резисторе Rк, уменьшается падение напряжения uкэк-iк*Rк.

При достижении напряжения Uкэ=Uкэ н, дальнейшее увеличение напряжения uбэ не вызывает изменения напряжения uкэ и тока iк, протекающего через Rк. В этом режиме к Rк приложено напряжение Ек-Uкэ н, и поэтому ток коллектора iк=Iк н=(Ек-Uкэ н)/Rк.

Рассмотрение передаточной характеристики каскада показывает, что при изменении напряжения uбэ или тока iб в цепи маломощного источника сигнала можно изменить ток iк и напряжение uкэ в цепи более мощного источника Ек. Однако коллекторное напряжение можно изменять только в пределах Uкэ н I*ко с таким расчетом, чтобы вывести транзистор на линейный участок входной характеристики, начинающийся с тока I. Такой режим позволяет существенно уменьшить нелинейные искажения выходного сигнала, не очень существенно снижая к.п.д. каскада.

Дата добавления: 2018-02-18 ; просмотров: 7484 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Adblock
detector