Что значит широкополосный усилитель

Особенности широкополосных усилителей

Широкополосные усилители

Дополнительный материал к лекции 11 для самостоятельной работы

Схема коррекции с обратной связью

Специальные схематические решения

Выбор усилительных элементов и способов включения

Особенности широкополосных усилителей

Широкополосные усилители

План ( логика ) изложения материала

Лекция 11

Дополнительная

Основная

Литература

1 Гольцев В.Р., Богун В.Д. , Хиленко В.И. Электронные усилители
Стандарты,1990. с.123. 150.

2 Цыкина А.В. Электронные усилители. М.: Радио и связь, 1982
с. 227. 237. ‘

3 Федосеева Е.О. Усилительные усилители киноустанок.-М.:
Искуство,1979. с.199. 203.

4 Колонтаевський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та

мікросхематехніка : теорія i практикум.-К.: Каравела,2003.с.108 …119

5 Топильский В.Б. Схемотехника измерительных устройств / В.Б.

Топильский.- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. 232с – с.37…52.

1 Криштанович А.К., Трифонюк В.В. Основы промышленной
электроники.-М.: Высшая школа, 1985.С. 124. 142

2 Джонс М.Х. Электроника – практический курс.М.: Постмаркет, 1999.

3 Прянишников В.А. Электроника : Полный курс лекций. – 4-е мзд.- СПб.:

КОРОНА принт, 2004. – 416 с . – 193 . 196.

4 Стахів П.Г., Коруд В.І. , Гамола О Є. Основи електроніки : функціональні

елементи та їх застосування. Підручник для студентів неелектротехнічних

спеціальностей вищих навчальних закладів. – Львів: : « Новий Світ – 2000»; «

Магнолія плюс». – 2003. – 208 с.-83. 94.

5 Волович Г.И. Схемотехника аналоговіх и аналого-цифровіх єлектронніх

устройств. 2-е изд., испр. – М .: Издательский дом « Додєка- ХХ1», 2007,-

6 Дуглас Селф Пректирование усилителей мощности звуковой частоты.

Третье издание. – М.: ДИК Пресс, 2009.-536с: -с 87. 107

7 Долженко О.В., Королев Г.В. Сборник задач и упражнений по

Радиоэлектронике : Учеб. пособие для сред. ПТУ.- 2-е изд., перераб. и доп.

М.: Высш.шк., 1986. – с.44. 48.

Экспресс — проверка знаний пройденного материал :

1 Нарисуйте схему дифференциального каскада с симметричным выходом

2 Нарисуйте схему транзисторного генератора стабильного тока (ГСТ).

3 Нарисуйте условное обозначение операционного усилителя на схемах.

4 Нарисуйте структурную схему операционного усилителя (а) и его

передаточную характеристику (б).

5 Нарисуйте схему принципиальную неинвертирующего усилителя выполненного на

6 Нарисуйте схему принципиальную инвертирующего усилителя выполненного на ОУ.

После изучения лекции 11 студент должен знать :работу широкополосныхусилителей и их характеристики.

Уметь:пояснить работу широкополосных усилителей, а также уметь нарисовать схемы широкополосных усилителей.

Широкополосные усилители предназначены для усиления сигна­лов в диапазоне частот, составляющих от десятков герц до сотен мегагерц. При усилении импульсных сигналов широкополосные усилители называются импульсными. Так как в широкополосных усили­телях требуется усиливать электрические сигналы в очень широком частотном диапазоне, то в них используются резисторные каскады (имеющие наилучшие частотные, фазовые и переходные характерис­тики), дополненные для расширения полосы пропускания усиливае­мых частот специальными корректирующими цепями. Широкополос­ные каскады с коррекцией для усиления как гармонических, так и импульсных сигналов, для широкополосного усиления. используются специальные транзисторы, называемые высокочастотными, имеющие высокую предельную частоту коэффициента передачи тока. Транзис­торы в широкополосных каскадах обычно включают по схеме с общим эмит­тером или истоком.

Для увеличения полосы пропускания частот надо уменьшить величину коллекторного сопротивления R_k. Но с уменьшением R_k снижается коэффициент усиления каскада, поэтому широкополосные каскады имеют сравнительно небольшой коэффициент усиления, тем меньший, чем выше верхняя рабочая

частота f_в. Малое значение К_ср иметь невыгодно, так как это заставляет увеличивать число каскадов усилителя, что усложняет и удорожает усилитель и уменьшает на­дёжность его работы. Поэтому важным показателем

широкополос­ного каскада, характеризующим его качество, является, произведение коэффициента усиления напряжения в области средних частот Кср на верхнию частоту fв.г.(rpaничная чатота при допустимом частот­ном искажении 3 дБ), пропорциональное площади частотной характеристики: обозначим это произведение через П и назовём площадью усиления каскада:

К методам увеличения площади усиления относятся: рациональ­ный выбор усилительных элементов и способов их включения; специальные схемотехнические решения ; введения частотно-зависи­мой обратной связи.

Источник

Широкополосный усилитель

Усилители мощности

Усилители напряжения

Это наиболее распространенный тип усилителей. Эти усилители имеют. большой коэффициент усиления по напряжению для обеспечения мак­симальной величины выходного напряжения. Они используются в тех случаях, когда требуется большой размах напряжения, например в пред­выходных каскадах усилителей мощности.

Эти усилители обладает большими коэффициентами усиления по мощности и по току, обеспечивая тем самым максимальную мощность выход­ного сигнала. Усилитель мощности используется в электронной системе в качестве выходного каскада для передачи мощности в нагрузку. Для стандартных электронных систем требуются следующие типичные значе­ния выходной мощности:

1. усилитель небольшого радиоприемника 200 мВ;

2. аудиосистема 100 Вт и более.

Широкополосный усилитель имеет очень широкую полосу пропускания, начинающуюся практически с нулевой частоты (постоянный ток) и про­должающуюся вплоть до частот порядка нескольких мегагерц, диапазон частот

f_в / f_н > 1000000. Столь широкая полоса пропускания достигается за счет уменьшения коэффи­циента усиления. Основной причиной, которая оказывает влияние на коэффициент усиления, это наличие паразитных емкостей, которые с внешними сопротивлениями образуют фильтр нижних частот RC (Рис.9.24).

Коэффи­циент усиления напряжения для этой схемы равен

Модуль коэффи­циента усиления равен

При ω 2 С 2 R 2 = 1, ω = 2πf, f₁ = 1/2πCR, CR = 1/2πf₁

Это частота f₁ в которой коэффи­циент усиления |К| снижается на 3дб (полоса пропускания). Подставляя значение CR и ω в формулу К получим,

АЧХ имеет горизонтальную часть, за которой следует монотонное снижение Рис.9.25.

Рис. 9.25 АЧХ широкополосного усилителя

Если f > f₁, то К = (1/f)/f₁ = f₁/f. Поэтому когда частота f увеличивается по отношению к f₁, коэффи­циент усиления напряжения уменьшается. По сравнению с УЗЧ широкополосный усилитель имеет намного более широкую полосу пропускания, но меньший коэффициент усиления. Широкополосный усилитель используется в телевизионных приемни­ках для усиления импульсных сигналов, когда приходится иметь дело с широкой полосой частот до 5 МГц и более. Такие уси­лители называются также видеоусилителями. Другие возможные при­менения широкополосных усилителей — радарная техника и усилители вертикальной развертки в осциллографах. Помимо своего основного назначения, эти усилители с успехом используются также в устройствах автоматики, и вычислительной техники, для усиления сиг­налов сложной формы с большим числом гармоник. Чем большее число гармоник представлено в сигнале, тем шире должна быть полоса пропус­кания усилителя, в противном случае возникают искажения. Для перио­дического сигнала в виде меандра с бесконечным числом гармоник теоре­тически требуется бесконечная полоса пропускания. Однако на практике высшими гармониками — выше девятого или одиннадцатого порядка — можно пренебречь без существенного изменения формы сигнала, посколь­ку эти гармоники очень малы по амплитуде.

Усилители радиочастоты (УРЧ)

УРЧ используются в радиопередатчиках и радиоприемниках. Это изби­рательные усилители, настраиваемые на одну конкретную частоту, они характеризуются очень узкой полосой пропускания и очень высоким ко­эффициентом усиления.

Типичная АЧХ усилителя радиочастоты, показанная на рис. 9.26, име­ет узкую полосу пропускания между точками по уровню 3 дБ. Здесь f₀— частота настройки усилителя. При настройке на другую частоту f ” ₀ АЧХ сдвигается по оси частот вправо (штриховая линия).

Рис. 9.26. АЧХ усилителя радиочастоты.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Особенности широкополосных усилителей

Широкополосные каскады и каскады специального назначения

Широкополосные усилители отличаются от усилителей звуковой частоты некоторыми специфическими особенностями. Так как в широкополосных усилителях требуется усиливать электрические сигналы в очень широкой полосе частот — от единиц или десятков герц до многих мегагерц, то в них используют резисторные каска­ды (имеющие наилучшие частотные, фазовые и переходные ха­рактеристики), дополненные для расширения полосы усиливае­мых частот специальными корректирующими цепями. Широкопо­лосные каскады с коррекцией применяют для усиления как гармо­нических, так и импульсных сигналов, для широкополосного усиле­ния используют специальные транзисторы, называемые высокоча­стотными, имеющие высокую предельную частоту коэффициента передачи тока. Транзисторы в широкополосных каскадах обычно включают с об­щим эмиттером или истоком.

Рассмотрим особенности широкополосного усилителя, связан­ные с весьма высоким значением верхней границы полосы про­пускания f_в.

Как видно из формул (2.4.17) и (2.4.28), для увеличения полосы пропускания частот (для увеличения f_в) надо уменьшить резистор R коллекторной или анодной нагрузки. Но с уменьшением R согласно (2.4.8), (2.4.9) снижается коэффициент усиления .каскада, поэтому широкополосные каскады имеют сравнительно неболь­шой коэффициент усиления, тем меньший, чем выше верхняя ра­бочая частота f_в. Малое значение К_ср иметь невыгодно, так как. это заставляет увеличивать число каскадов усилителя, что усло­жняет и удорожает усилитель и уменьшает надежность его рабо­ты. Поэтому важным показателем широкополосного .каскада, ха­рактеризующим его качество, является произведение коэффици­ента усиления напряжения в области средних частот К_ср на верх­нюю граничную частоту f_вг, пропорциональное площади частот­ной характеристики; обозначим это произведение через П и назо­вем площадью усиления каскада:

Рассмотрим зависимость площади усиления от рода использу­емого в каскаде усилительного элемента и сопротивления его нагрузки. Площадь усиления резисторного каскада с полевым транзистором можно найти, определив из (2.4.14) значение f_вг и умножив его на (2.4.8) или поделив (2.4.8) на (2.4.27):

Полученное выражение показывает, что площадь усиления широкополосного резисторного каскада с полевым транзистором или электронной лампой не зависит от сопротивления его нагруз­ки, а определяется только крутизной характеристики S и емко­стью С₀, нагружающей каскад. Это объясняется тем, что при­ уменьшении сопротивления нагрузки каскада R R_экв.в коэффи­циент усиления падает во столько же раз, во сколько увеличива­ется верхняя граничная частота, а поэтому их произведение остается постоянным. Из (2.6.2) следует, что К_ср=Пt_y/0,35=П/f_в.г, а значит, чем больше площадь усиления каскада, тем он может дать больше коэффициента усиления при заданной высшей рабо­чей частоте или заданном времени установления.

Поэтому для уменьшения расхода энергии питания для широ­кополосного каскада следует брать транзистор с на­именьшим потреблением энергии, лишь обеспечивающие необхо­димое усиление и нужную амплитуду сигнала.

У каскада с биполярным транзистором уменьшение сопротив­ления нагрузки при большом его значении уменьшает усиление и повышает верхнюю граничную частоту, как и у каскада с поле­вым транзистором.

При сопротивлении нагрузки порядка 100 Ом и выше площадь усиления каскада с биполярным транзистором:

(2.6.3)

но при малых сопротивлениях нагрузки (десятки Ом и меньше) вследствие влияния сопротивления базы r’_б верхняя граничная частота растет медленнее, чем падает уси­ление, а поэтому площадь усиления уменьшается, стремясь к 0 при R = 0.

Расход энергии на питание маломощного широкополосного каскада с биполярным транзистором обычно несколько меньше, чем в каскаде с полевым транзистором. Поэтому по усилению и расходу энергии питания, наилучшими усилительными элементами для широкополосного усиления являются биполярные транзисто­ры. Однако большой разброс значений h_21э и f_т у различных эк­земпляров заставляет при их применении использовать меры, ста­билизирующие коэффициент усиления каскада и его частотную или переходную характеристику.

Для широкополосного усиления обычно используют резистор­ные каскады, так как они имеют наилучшую частотную и пере­ходную характеристики; для расширения усиливаемой каскадом полосы частот и изменения формы частотной и переходной ха­рактеристик в широкополосных каскадах используют дополнитель­ные цепи, называемые корректирующими цепями или цепями кор­рекции.

Цепи, изменяющие частотную характеристику в области ниж­них частот и переходную характеристику в области больших времен, называют цепями низкочастотной коррекции, а цепи, изменя­ющие частотную характеристику на верхних частотах и переход­ную характеристику в области малых времен, — цепями высоко­частотной коррекции.

Применение цепей высокочастотной коррекции позволяет сни­зить частотные искажения в области верхних частот без потери усиления на средних частотах или при неизменном значении Y_в получить большее значение К_ср, иначе говоря, повысить площадь усиления. Применение коррекции в области нижних частот поз­воляет уменьшить частотные искажения при неизменной емкости разделительных и блокировочных конденсаторов, либо при том же Y_н взять конденсаторы меньшей емкости.

Коррекцию применяют и тогда, когда необходимо получить частотную характеристику усилителя или отдельных каскадов специальной формы, например с подъемом, чтобы скомпенсиро­вать снижение усиления в других звеньях тракта передачи или других каскадах.

Корректирующие цепи корректируют не только частотную, но также фазовую и переходную характеристики каскада; расчет компонентов корректирующей цепи производится различно в за­висимости от того, какую характеристику нужно корректировать.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник