WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

«Е. А. Москатов ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА г. Таганрог, 2004 г. ...»

-- [ Страница 2 ] --

2 2 U 2 U 3 Un Кг 100% U 3) Характеристики усилителей.

1. Амплитудная характеристика – это зависимость амплитуды выходного сигнала от ам плитуды входного сигнала (смотрите рисунок 216). Uвых = f (Uвх).

Uвых Uвых.max Uвых.min Uвх Uвх.min Uвх.max Рис. 2. Динамический диапазон:

Uвх.max Д 20 lg дБ Uвх.min 3. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) представляет собой зависимость ампли туды выходного сигнала от частоты при постоянной амплитуде входного сигнала.

Uвх = f (F) при Uвх = Const.

Кn f (F) при Uвх Const Часто АЧХ представляют в виде зависимости Кu Кmax 0,7 Кmax 2f F Рис. 4. Зависимость коэффициента усиления от частоты характеризуется коэффициентом ча стотных искажений. Коэффициент частотных искажений для низких частот определя ется соотношением:

Kу.ср Mнч Kу.н Коэффициент частотных искажений для высоких частот определяется соотношением:

Kу.ср Mвч Kу.в Кu Кmax 0,7 Кmax Кнч Ксрч Квч F Рис. 5. В радиотехнике часто применяют нормированные АЧХ. Нормированная АЧХ пред ставляет собой следующую зависимость:

Е. А. Москатов. Стр. Ku f (F ) при Uвх Const Ku.max Ku Ku.max F Рис. 6. Фазовая характеристика – это зависимость разности фаз между входными и выходными сигналами от частоты. = f (F).

F Рис. Питание цепи базы транзисторов и тем пературная стабилизация рабочей точки 1) Питание цепи базы транзистора по схеме с фиксированным током базы.

2) Питание цепи базы транзистора по схеме с фиксированным напряжением базы.

3) Температурная стабилизация (термостабилизация) рабочей точки при помощи терморезистора и полупроводникового диода.

4) Термостабилизация рабочей точки при помощи отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному напряжению.

5) Термостабилизация рабочей точки при помощи ООС по постоянному то ку.

1) Питание цепи базы транзистора по схеме с фиксированным током базы. В практических схемах включения с ОЭ и ОК источник питания базы Eб не применяется, а цепь базы питается от коллекторного напряжения Eк при помощи дополнительных элементов схе мы. Наиболее простой является схема питания цепи базы с «фиксированным током базы» (смотрите рисунок 221).

+ Rб Rк Eк + Rб Eк Cр U0 Cр VT Uвых Uбэ Uv rэ Рис. 221 Рис. Е. А. Москатов. Стр. В данной схеме базовая цепь представляет собой делитель напряжения (смотрите рисунок 222), состоящий из Rб и сопротивления эмиттерного перехода транзистора VT1 rэ.

Ток базы Iб0, соответствующий выбранному положению рабочей точки, будет протекать че рез эмиттерный переход, создавая на нём падение напряжения Uбэ, которое и является испол нителем функции источника Eб. Из второго закона Кирхгофа получаем:

Eк = U + Uбэ;

Rб Eк = Rб Iб0.

В символе «Iб0» ноль соответствует рабочей точке.

Eк-Uбэ ;

Rс= Iб Eк >> Uбэ;

Rб Eк Iб0.

Недостаток данной схемы: не может работать в широком диапазоне температур, т. к. сопро тивление эмиттерного перехода rэ очень сильно зависит от температуры. Несколько лучше ра ботает схема с фиксированным напряжением базы.

2) Питание цепи базы транзистора по схеме с фиксированным напряжением базы.

+ Rб' Rк Eк + Rб' Eк Cр Cр VT Rб'' Uвых rэ Uv Rб'' Рис. 223 Рис. В данной схеме делитель напряжения состоит из резистора Rб` и Rб``, включённого парал лельно сопротивлению эмиттерного перехода rэ.

Eк = U ` + U ``;

Rб Rб U ` = Rб` (Iб0 Iд);

Rб Iд – ток, проходящий через делитель напряжения.

U `` = Uбэ;

Rб Eк = Rб` (Iб0 Iд) + Uбэ;

;

Eк-Uбэ Rб ' = Iб0Iд Eк >> Uбэ;

Iд = (3 - 5) Iб0;

Uбэ = Iд Rб``;

Rб ' ' =Uбэ Iд Напряжение Uбэ находится из входной характеристики транзистора по заданному току базы.

Данная схема в диапазоне температур работает лучше, чем схема с фиксированным током базы, однако для нормальной её работы необходима температурная стабилизация.

3) Температурная стабилизация (термостабилизация) рабочей точки при помощи терморезистора и полупроводникового диода.

При нагревании рабочая точка смещается по нагрузочной прямой, что приводит к увеличению коллекторного тока Iк и уменьшению напряжения Uкэ (смотрите рисунок 225). Это равносиль но приоткрыванию транзистора. Поэтому основной задачей температурной стабилизации яв Е. А. Москатов. Стр. ляется синхронная с увеличением температуры при закрывании эмиттерного перехода транзи стора температурная стабилизация при помощи терморезистора (смотрите рисунок 226).

Iк + + Rб' Rк Eк Rб' Rк Eк Iк' Cр Cр Iк Cр1 Cр Uv1 Rб'' Uv1 Rб'' VT VT Uвых Uвых VD Rt T E к Uкэ Рис. Рис. 226 Рис. При нагревании сопротивление терморезистора уменьшается, что приводит к общему умень шению сопротивления включённых в параллель резисторов Rб`` и Rt. За счёт этого напряже ние Uбэ будет уменьшаться, эмиттерный переход подзапираться, и рабочая точка сохраняет своё положение на нагрузочной прямой.

Аналогичным образом происходит термостабилизация рабочей точки полупроводниковым диодом (смотрите рисунок 227).

При увеличении температуры сопротивление диодов в обратном включении будет умень шаться за счёт термогенерации носителей заряда в полупроводнике. Общее сопротивление включённых параллельно резистора Rб`` и диода VD1 будет уменьшаться, что приведёт к уменьшению напряжения Uбэ, транзистор подзапирается и рабочая точка сохраняет своё по ложение.

Недостатком схем с терморезистором и полупроводниковым диодом является то, что и термо резистор, и полупроводниковый диод должны подбираться по своим температурным свой ствам для каждого конкретного транзистора. Поэтому наиболее часто применяют схемы тем пературной стабилизации отрицательной обратной связью (ООС) по постоянному току и напряжению.

4) Термостабилизация рабочей точки при помощи отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному напряжению.

Применяется этот вид термостабилизации при питании цепи базы с фиксированным током ба зы. В этом случае резистор Rб подключается не к плюсу ИП, а к коллектору транзистора.

Пользуясь уравнениями Кирхгофа, получим:

Uкэ = U + Uбэ;

Rб Uбэ = Uкэ - U так как U = Const;

Rб Rб + Eк Rк Rб Cр Cр URб Uv VT Uвых Uкэ URб Рис. При увеличении температуры напряжение Uкэ уменьшается. Это уменьшение напряжения че рез цепь обратной связи (ОС), состоящую из Rб, передаётся на базу транзистора. Напряжение Uбэ уменьшается. Эмиттерный переход подзапирается, и рабочая точка сохраняет своё поло жение.

Е. А. Москатов. Стр. 5) Термостабилизация рабочей точки при помощи ООС по постоянному то ку.

+ Rб' Rк Eк Cр Cр Uv VT Uвых Uбэ URб'' Rб'' Rэ + Cэ URэ Рис. Термостабилизация рабочей точки при помощи ООС по постоянному току применяется при питании цепи базы по схеме с «фиксированным напряжением базы». При возрастании темпе ратуры увеличивается ток коллектора транзистора Iк, следовательно, и ток эмиттера Iэ. За счёт этого U будет уменьшаться.

Rбэ Uбэ = U `` - U так как U `` = Const;

Rб Rэ Rб Эмиттерный переход подзапирается, и рабочая точка (РТ) сохраняет своё положение. Так как изменение напряжения на Rэ должно зависеть только от изменения температуры и не изме няться по закону переменной составляющей усиливаемого сигнала, резистор Rэ шунтируется конденсатором большой ёмкости, через который будет протекать переменная составляющая, а через Rэ будет протекать постоянная составляющая тока.

Rэ Величину ёмкости выбирают из условия.

нcэ Обратная связь в усилителе 1) Виды обратной связи.

2) Влияние ООС на основные показатели усилителя.

1) Виды обратной связи. Обратной связью в усилителе (в целом) или же в отдельно взя том каскаде называется такая связь между входом и выходом, при которой часть энергии уси ленного сигнала с выхода передаётся на вход.

По способу своего возникновения обратная связь может быть внутренней, паразитной и ис кусственной.

Внутренняя ОС возникает за счёт внутренних свойств элементов схемы. Паразитная ОС воз никает за счёт паразитных ёмкостей и индуктивностей. Стараются внутреннюю паразитную обратную связь возможно сильнее уменьшить.

Искусственная ОС вводится специально для улучшения основных характеристик усилителя.

По признаку петлевого усиления различают положительную ОС (ПОС) и ООС. При ПОС сиг нал на вход усилителя через цепь ОС поступает в фазе со входным сигналом. При ООС сиг нал, проходя цепь ОС, будет подаваться в противофазе с входным сигналом. В усилителях, в основном, применяется ООС;

ПОС применяется в генераторах.

В зависимости от того, каким образом цепь ОС подключается к выходу усилителя, различают ОС по току и по напряжению.

В зависимости от того, каким образом цепь ОС подключается к выходу усилителя, различают параллельную и последовательную ОС усилителя.

Параллельная ОС изображена на рисунке 231, а последовательная – на рисунке 232.

Е. А. Москатов. Стр. Uвх Zн Uвх Rос Рис. 230 Рис. 231 Рис. – коэффициент передачи цепи ОС.

Uвых.oc Uвх.oc Поскольку в усилителях цепь ОС состоит, в основном, из пассивных элементов, то обычно меньше 1. В зависимости от того, будет ли изменяться от частоты, различают частотозависи мую и частотонезависимую ОС.

2) Влияние ООС на основные показатели усилителя.

Рассмотрим влияние ООС на работу усилителя на примере последовательной ОС по напряже нию.

Rн Uвх Uвых U Uвых Uвх ОС ОС Рис. Uвых K = - коэффициент усиления усилителя без обратной связи.

Uвх Uвых - это коэффициент усиления усилителя с ОС.

Кос U Uвых.oс Uвых.oc (1) Uвх.oc Uвых.

Uвых Uвых Кoc (2) U1 Uвых.oc Uвх Из формулы (1) видно, что Uвых.ос будет равняться, умноженному на Uвых и подставленно му в формулу (2).

Uвых Кос Uвх Uвых В знаменателе последней формулы вынесем Uвых за скобку:

Uвых Кос Uвых Uвх Uвх К Кос (1 К) Величина (1+ К) называется глубиной обратной связи.

Вывод: последняя формула показывает то, что ООС уменьшает коэффициент усиления усили теля.

Для положительной ОС:

К Кпос (1 К) Е. А. Москатов. Стр. Кроме того, что введение ООС уменьшает коэффициент усиления усилителя, все остальные технические показатели улучшаются. Увеличивается полоса пропускания, уменьшаются нели нейные и частотные искажения, несколько возрастает входное сопротивление.

Режимы работы усилительных элементов 1) Понятие о проходной динамической характеристике.

2) Режим работы класса А.

3) Режим работы класса В.

4) Режим работы класса АВ.

5) Режим работы класса С.

6) Режим работы класса D.

1) Понятие о проходной динамической характеристике. Режимы работы усили тельных элементов определяются положением рабочей точки на проходной динамической ха рактеристике. Проходной динамической характеристикой называется зависимость выходного тока от входного напряжения. Для транзистора, включённого по схеме с ОЭ, зависимость бу дет Iк = f (Uбэ). Проходная динамическая характеристика может быть построена по входной и выходной характеристикам транзистора. Iк = f (Uб).

Iк Iкн 4' Iк Iк Iб4 Iб Uвх> Iкн 3' Iк Iб3 Iб4 4' Iк 3 Iб 3' Iк 2' Iк 2 Iб2 Iб2 2' Iк 1' 1' Iк 1 Iб1 Iб Iк Eк Uвх Uбэ Uвх Рис. 234 Рис. 2) Режим работы класса А. В режиме работы класса А рабочая точка устанавливается на линейном участке проходной динамической характеристики. Для этого между базой и эмитте ром транзистора при помощи одной из схем питания цепи базы необходимо создать постоян ную составляющую напряжения, которая называется величиной напряжения смещения.

При отсутствии переменной составляющей усиливаемого сигнала рабочая точка называется рабочей точкой покоя.

Рассмотрим рисунок 236. До момента времени t1 переменная составляющая входного сигнала отсутствует, и под действием величины Eсм в коллекторной цепи транзистора будет протекать постоянная составляющая коллекторного тока, которая называется током покоя.

Режим работы класса А характеризуется минимальными нелинейными искажениями, т. к.

усилительный элемент работает на линейном участке характеристики.

Недостатком режима класса А является низкий КПД. = (25 – 30 %).

Это объясняется тем, что энергия от источника питания затрачивается не только на усиление переменной составляющей, но и на создание постоянной составляющей Iо, которая является бесполезной и в дальнейшем отсеивается разделительным конденсатором.

Режим класса А применяется, в основном, в предварительных каскадах усиления.

Е. А. Москатов. Стр. Iк Iк Iмк Р.Т.

Uбэ t1 t Eсм t t Рис. 3) Режим работы класса В. В режиме класса В рабочая точка выбирается таким образом, чтобы ток покоя был равен нулю (смотрите рисунок 237).

Iк Iк Q Uбэ t fx t Рис. Режим работы класса В характеризуется углом отсечки.

Углом отсечки называется половина той части периода, за которую в выходной цепи будет протекать ток.

Для режима класса В угол отсечки = 90°. Характеризуется режим класса В высоким КПД = 60 70 %. Недостатком режима класса В являются большие нелинейные искажения. Применя ется режим класса В в выходных двухтактных усилителях мощности.

4) Режим работы класса АВ. Иногда положение точки покоя в режиме класса АВ выби рается на нижнем изгибе проходной динамической характеристики (смотрите рисунок 238).

Е. А. Москатов. Стр. Io Iк Iк Т.П.

t Q Uбэ t t Q> Eсм t Рис. В этом случае будет иметь место ток покоя, но величина его будет значительно меньше, чем в режиме класса А. Угол отсечки в режиме класса АВ будет меньше 90°. Режим класса АВ имеет несколько меньший КПД, чем режим класса В ( = 50 60 %) и несколько меньшие не линейные искажения. Применяется так же, как и режим класса В, в двухтактных усилителях мощности.

5) Режим работы класса С. Это режим, при котором величина Eсм имеет отрицательное значение (смотрите рисунок 239).

Iк Iк t Q Uбэ t1 t Eсм Q< t Рис. Е. А. Москатов. Стр. Io Режим класса С характеризуется максимальным КПД = 80 %, но и наибольшими нелинейны ми искажениями. Режим С в усилителях применяется в выходных каскадах мощных передат чиков.

6) Режим работы класса D. Режим работы класса D – это ключевой режим работы тран зистора.

Межкаскадные связи в усилителях 1) Виды межкаскадных связей.

2) Эквивалентная схема усилительного каскада с резисторно - ёмкостными связями.

3) Анализ эквивалентной схемы на низких, средних и высоких частотах.

1) Виды межкаскадных связей. Для увеличения коэффициента усиления могут приме няться многокаскадные усилители. В этом случае между каскадами, а также между входом усилителя и источником сигнала или же между выходом усилителя и нагрузкой могут суще ствовать следующие виды межкаскадных связей.

1) Резисторно-ёмкостная связь (смотрите рисунок 240).

+ Rб1' Rк1 Rб2' Rк2 Eк Cp Cp Uвых Cp VT VT Uвх Rб1'' Rб2'' Rэ1 Rэ Cэ1 Cэ Рис. Резисторно-ёмкостная связь является наиболее широко распространённой в усилителях пере менного напряжения.

2) Трансформаторная связь (смотрите рисунок 241).

+ Rб1' Rб2' Rк2 Eк Tp Cp Uвых Cp Cp VT VT Uвх Rб1'' Rб2'' Rэ1 Rэ Cэ1 Cэ Рис. Трансформаторная связь позволяет осуществить оптимальное согласование между каскадами путём подбора коэффициента трансформации трансформатора.

Недостатки:

Сравнительно большие габариты и вес трансформаторов.

Е. А. Москатов. Стр. Большие частотные искажения, так как сопротивления обмоток трансформатора зависят от частоты X = L, поэтому трансформаторная связь применяется на низких частотах и в L узком диапазоне.

3) Гальваническая (непосредственная) связь (смотрите рисунок 242).

+ Eк Rб' Rк1 Rк Uвых VT VT Um Rб'' Rэ1 Rэ Рис. Гальваническая связь применяется в УПТ.

2) Эквивалентная схема усилительного каскада с резисторно - ёмкостными связями.

Iб << Cp Cp rб rк + Eк Rб' Rк Uвх Rб Cк Cp Um.вых Cp rэ Rк Rвхода VT следую щего каскада Um R2 Cэ C Rб'' Rэ1 Cэ Рис. Рис. Rб – это Rб и Rб, включённые параллельно, т. к. Rб через малое сопротивление Eк можно считать подключённым на корпус (общий провод).

Rб'Rб" Rб Rб'Rб" Со = Свх.сл. + См, где Свх.сл. – это ёмкость следующего каскада, а См – ёмкость монтажа.

3) Анализ эквивалентной схемы на низких, средних и высоких частотах.

Проанализируем эквивалентную схему на низких, средних и высоких частотах. На низких ча стотах ёмкостное сопротивление параллельно включённых Cк и Cо будет иметь очень большую величину и на работу схемы влиять не будет. Сэ имеет большую величину, следова тельно, ёмкостное сопротивление её будет очень мало. Уже на низких частотах эта ёмкость шунтирует сопротивление Rэ и, значит, на низкой частоте схема усилительного каскада будет иметь вид, изображённый на рисунке 245.

Разделительные конденсаторы включены последовательно. На НЧ сопротивление их будет ве лико, что приводит к уменьшению коэффициента усиления.

Е. А. Москатов. Стр. Iб << Cp Cp rэ rк Rвхода следую Rк Um Rб rэ щего каскада Рис. На средних частотах сопротивление разделительных конденсаторов уменьшается до такой ве личины, что их влияние можно не учитывать. А сопротивление ёмкостей Ск и Co уменьшают ся не на столько, чтобы оказывать шунтирующее действие, и поэтому их на средних частотах их также можно не учитывать, поэтому на средних частотах эквивалентная схема будет иметь вид, изображённый на рисунке 246. Так как на Ср.Ч ни барьерная ёмкость коллекторного перехода Ск, ни Со не оказывают влияние на работу усилителя, то коэффициент усиления на средних частотах будет наибольшим.

Iб << rб rк Rн Um Rб rэ Рис. На ВЧ разделительные конденсаторы имеют очень малое сопротивление и, так как они вклю чены последовательно, они не оказывают влияние на работу схемы усилителя, а ёмкости Ск и Co, включённые в параллель, шунтируют коллекторный переход транзистора и выход усили теля своим малым сопротивлением, что приводит к уменьшению коэффициента усиления. Эк вивалентная схема усилителя на высокой частоте изображена на рисунке 247.

Iб << rб rк Cк Um Rб Rн C rэ Рис. На рисунке 248 показано, как влияет на коэффициент усиления усилителя изменение частоты.

K Н.Ч. Ср.Ч. В.Ч.

Влияние Ср Влияние Ск и С f Рис. Е. А. Москатов. Стр. Выходные каскады усиления 1) Однотактный выходной трансформаторный каскад 2) Двухтактный выходной трансформаторный каскад 3) Двухтактный выходной бестрансформаторный каскад 1) Однотактный выходной трансформаторный каскад. Однотактный выходной трансформаторный каскад работает в режиме класса А. В виде коллекторной нагрузки он име ет первичную обмотку согласующего трансформатора (смотрите рисунок 249).

Tp + Rб1' Rн Eк Cp VT Uвх Rб1'' Rэ C Рис. Выходные каскады усиления являются усилителями мощности. Применение согласующих трансформаторов позволяет осуществлять оптимальное согласование выхода усилителя с на грузкой. В этом случае можно считать, что P1 = P2, где Р1 – мощность первичной обмотки, а Р2 – мощность вторичной обмотки, или, что то же самое, мощность нагрузки.

U12 U R к. опт Rн Разделим обе части последнего уравнения на U12.

Получим:

U 1 U 2, где - коэффициент трансформации.

U R к. опт U1 Rн 1 1 Uк Rн h ;

;

R к.опт n R к.опт Rн Iк R к.опт Iк Iб А Iб Iб Р.Т.

С В Iб Eк Uкэ Umк Рис. Е. А. Москатов. Стр. Imк На рисунке 250 площадь АВС представляет собой мощность, отдаваемую усилителем в на грузку.

2 Imк 2 Umк P P = 2 Umк Imк С учётом КПД трансформатора, мощность Р, отдаваемая в нагрузку, будет равна = 6070%.

Применяются однотактные выходные каскады для усиления небольших мощностей.

Недостатками являются все недостатки трансформаторной межкаскадной связи.

2) Двухтактный выходной трансформаторный каскад. Во входной цепи включён трансформатор Тр1 со средней точкой во вторичной обмотке. Это позволяет получить на базах транзисторов VT1 и VT2 два одинаковых по амплитуде и противоположных по фазе напряже ния (смотрите рисунок 251).

Tp Tp VT Rн Rб'' Uвх VT Rб' + Eк Рис. Двухтактные усилительные каскады работают в режимах классов В или АВ.

Uвх t Uб t Uб t IVT IVT t Iн t t Рис. Е. А. Москатов. Стр. Когда на базы транзисторов будет подаваться положительное напряжение они будут нахо диться в открытом состоянии и через них будут протекать токи от плюса Eк, средняя точка Тр2, половина первичной обмотки Тр2, коллектор – эмиттерный переход транзистора, общий провод, минус Eк. Следовательно, в первичной обмотке Тр2 токи будут протекать от средней точки в разные стороны, за счёт чего магнитные потоки в сердечнике и наводимые во вторич ной обмотке магнитные поля, а значит, и ток в нагрузке будут вычитаться.

То есть Iн = I1 – I2.

Ток в нагрузке будет иметь двойной размах по сравнению с каждым из токов транзистора, а следовательно, такая схема будет отдавать в нагрузку удвоенную мощность по сравнению с мощностью, рассеиваемой каждым из транзисторов.

Эта схема используется для усиления больших мощностей.

Достоинства: малые нелинейные искажения, так как в сердечнике отсутствует постоянная со ставляющая магнитного потока и не происходит насыщение;

схема не чувствительна к пульса циям напряжения питания.

Недостатки: все недостатки трансформаторных схем – узкий диапазон частот, повышенные габариты и вес трансформатора, большие частотные искажения.

Частично недостатки трансформаторных каскадов можно устранить, если на входе вместо трансформатора Тр1 поставить фазоинверсный каскад (или каскад с разделённой нагрузкой), имеющий два выхода (смотрите рисунок 253).

+ Eк Rб' Rк Cp Cp Uвых VT Cp Uвых Rб'' Uвх Rэ Рис. Напряжение с выхода 1 – Uвых1 – будет в противофазе с входным напряжением, как для схе мы с ОЭ, а напряжение с выхода 2 – Uвых2 – будет в фазе с входным напряжением, как для схемы эмиттерного повторителя. Если при этом сопротивление Rк будет равно сопротивле нию Rэ, то и амплитуды напряжений с выходов 1 и 2 будут равны.

3) Двухтактный выходной бестрансформаторный каскад. Наиболее широкое распространение в выходных усилителях получили бестрансформаторные каскады на транзи сторах разного типа проводимости (смотрите рисунок 254).

+ Cp Eк VT Rн Uвх VT + Eк Рис. При подаче на вход положительной полуволны напряжения транзистор VT1, структуры n-p-n, будет открыт, а транзистор VT2,структуры p-n-p, будет закрыт, и через нагрузку будет проте кать ток по цепи от плюса Eк1, коллектор – эмиттер VT1, Rн, общий провод, минус Eк1.

Е. А. Москатов. Стр. При отрицательной полуволне входного напряжения транзистор VT1 закрывается, а VT открывается, и через него будет протекать ток от плюса Eк2, Rн, эмиттер - коллектор VT2, ми нус Eк2.

Таким образом, токи в нагрузке будут вычитаться, за счёт чего в нагрузке появится удвоенная амплитуда тока, следовательно, и удвоенная мощность.

Достоинства: все достоинства двухтактных бестрансформаторных каскадов – большая выход ная мощность, независимость от пульсаций ИП, малые нелинейные искажения. Кроме того, двухтактные бестрансформаторные каскады свободны от недостатков трансформаторных кас кадов.

Недостаток данной схемы: быстрый выход из строя транзисторов при КЗ или перегрузке в на грузке.

Усилители постоянного тока с непосредственными связями 1) Усилители постоянного тока с непосредственными связями.

2) Дифференциальный каскад УПТ.

1) Усилители постоянного тока (УПТ) с непосредственными связями. УПТ с непосредственными связями называют усилителем прямого усиления (смотрите рисунок 255).

+ Eк Rб' Rк1 Rк Uвых VT1 VT Uвх Rб'' Rэ1 Rэ Рис. Одной из особенностей УПТ с непосредственными связями является то, что на вход последу ющего каскада поступает не только усиливаемый сигнал, но и постоянная составляющая кол лекторного напряжения предыдущего каскада. Поэтому напряжение между базой и эмиттером последующего каскада будет больше, чем напряжение, соответствующее выбранному положе нию рабочей точки. Чтобы избежать этого, сопротивление в цепи эмиттера каждого последую щего каскада выбирается бльшим, чем в предыдущем каскаде, с тем, чтобы обеспечить соот ветствие выбранному положению рабочей точки. Вторая особенность – дрейф нуля.

Дрейфом нуля называется медленное изменение выходного напряжения, не зависимое от напряжения на входе, а происходящее за счёт внутренних процессов в схеме усилителя.

Дрейф нуля часто оценивается величиной дрейфа, приведённого ко входу.

Uдр.вых.

, Uдр.вх.= К где К – коэффициент усиления усилителя.

Uдр.вых. – это максимальное изменение выходного напряжения при закороченном входе за установленное время наблюдения.

Значительно лучше с точки зрения дрейфа нуля работают дифференциальные каскады усиле ния.

Е. А. Москатов. Стр. 2) Дифференциальный каскад УПТ. Дифференциальным каскадом УПТ называется усилитель разности напряжений (смотрите рисунок 256). Rк1 = Rк2 = Rк.

+ Rб1' Rк1 Rк2 Rб2' Eк Uвых VT VT Uвх1 Uвх Rб1'' Rэ Rб2'' Рис. Транзисторы VT1 и VT2 подбираются одинаковыми по коэффициенту усиления. Резисторы Rк1 и Rк2 также подбираются одинаковыми по величине своего сопротивления. Представим, что на оба входа подаём одинаковое напряжение Uвх1 = Uвх2. В этом случае токи через тран зисторы VT1 и VT2 будут одинаковыми. Суммарный ток через Rэ обозначим через Iо. Тогда:

Io ;

Iк1=Iк2= Uвых = Uк1 – Uк2;

Uк1 = Eк – Iк1 Rк1;

Io Uк1 Eк Rк Io Uк2 Eк Rк Io Io Uвых Eк Rк Eк Rк 2 Представим, что Uвх1 > Uвх2. На первый вход подадим более положительное напряжение, чем на второй вход. В этом случае транзистор VT1 откроется в большей степени, чем транзи стор VT2. Ток через транзистор VT1 увеличится на определённую величину Io, а ток через VT2 уменьшится на такую же величину Io, поскольку суммарный ток постоянен и равен Io.

Io Io Uк1 Eк Io Rк Eк Rк Io Rк 2 Io Io Uк2 Eк Io Rк Eк Rк Io Rк 2 Io Io Uвых Eк Rк Io Rк Eк Rк Io Rк 2 Io Rк 2 Если на первый вход будем подавать бльшее значение напряжение, чем на второй вход, то на выходе получится отрицательное значение напряжения, поэтому первый вход называется инвертирующим входом.

Если Uвх1 < Uвх2, то Uвых = +2 Io Rк и поэтому второй вход дифференциального усили теля называется неинвертирующим входом.

Основной особенностью дифференциальных каскадов является то, что дрейф нуля будет зна чительно меньше, чем в УПТ прямого усиления. Это объясняется тем, что выходное напряже ние равно разности коллекторных напряжений каждого из транзисторов, поэтому медленные изменения напряжения за счёт внутренних процессов схемы будут взаимно уничтожаться.

Е. А. Москатов. Стр. Io Операционные усилители 1) Классификация и основные параметры операционных усилителей (ОУ).

2) Схемы включения ОУ.

1) Классификация и основные параметры ОУ.

Операционным усилителем называется устройство, предназначенное для выполнения мате матических операций с аналоговыми сигналами, имеющее исключительно высокий коэф фициент усиления, очень большое входное и малое выходное сопротивление и выполнен ное в микроэлектронном исполнении.

Операционный усилитель включает в свой состав один или несколько дифференциальных каскадов УПТ, генератор стабильного тока для питания этих каскадов и выходные эмиттерные повторители для увеличения входного и уменьшения выходного сопротивления.

Пример маркировки ОУ: К553УД2.

выход Uвых A + Uп C B D Fo Рис. Вход A – инвертирующий вход.

Вход B – неинвертирующий вход.

Входы C – для подключения двуполярного ИП.

Входы D – выводы для подключения цепей коррекции.

ОУ подразделяются по следующим признакам:

ОУ общего применения Мощные ОУ ОУ с управляемыми параметрами Быстродействующие ОУ К основным параметрам ОУ относятся следующие:

Напряжение ИП Коэффициент усиления Входное сопротивление Потребляемый от ИП ток или потребляемая мощность Коэффициент ослабления синфазного сигнала [дБ] Скорость нарастания выходного напряжения. Она показывает быстродействие ОУ (смотрите рисунок 258).

B [ ] мкС Uвых B Kп= [ ] t мкС В технической литературе встречается устаревшее УГО ОУ, изображённое на рисунке 259.

Е. А. Москатов. Стр. Uвх + инвертирующий t Uвых вход A Uвых неинвертирующий вход B t - D t U вых.

Рис. 258 Рис. Так как ОУ имеет очень большой коэффициент усиления и достаточно сложную схему, то при работе на определённых частотах возможно появление нежелательных фазовых сдвигов, при водящих к образованию положительных ОС и, как следствие, к самовозбуждению усилителя.

Для устранения этих возможностей применяются цепи коррекции, представляющие различ ные RC-цепочки. Цепи коррекции могут быть как внешними, то есть при помощи навесных элементов, так и внутренними, то есть внутри корпуса микросхемы. Причём цепи коррекции разрабатываются на этапе проектирования ОУ и являются индивидуальными для каждого кон кретного типа ОУ.

2) Схемы включения ОУ. Поскольку на входе ОУ стоит дифференциальный каскад уси ления, имеющий инвертирующий и неинвертирующий входы, то различают два основных вида включения – инвертирующее и не инвертирующее. Кроме этого ОУ за счёт высокого ко эффициента усиления должен быть охвачен глубокой ООС для обеспечения устойчивости его работы.

Инвертирующая схема включения ОУ изображена на рисунке 260.

Rooc R1 Roc К ;

Roc >> R1;

К ;

R1 R Rooc Uвых=f(Uвх) DA +Uвых.max Uвых R + Uвх Uп - Uвх R Fo -Uвых.max Рис. 260 Рис. Roc Не инвертирующая схема включения ОУ изображена на рисунке 262. К.

R Rooc Uвых=f(Uвх) D A Uвы х R + Uп R Uвх Uвх F o Р ис. Рис. Е. А. Москатов. Стр. Так как ОУ предназначены для проведения математических операций с аналоговыми сигнала ми, то различают суммирующее, интегрирующее и дифференцирующее включение ОУ.

Схема суммирующего включения ОУ изображена на рисунке 264.

Uвых К Uвх1 Uвх2 Uвх.

Roc Uвх1 R DA Uвх2 R Uвых R Uвх + Uп R Fo Рис. Схема интегрирующего включения ОУ изображена на рисунке 265.

t Uвых К Uвхtdt.

Coc DA Uвых R + Uвх Uп R Fo Рис. Схема дифференцирующего включения ОУ изображена на рисунке 266.

dUвх Uвых К.

dt Roc DA Uвых C + Uвх Uп R Fo Рис. Е. А. Москатов. Стр. Поскольку ОУ с управляемыми параметрами имеют очень малую номенклатуру, то применя ют управление таким параметром как коэффициент усиления при помощи различных внешних цепей, причём коэффициент усиления может управляться как аналоговым сигналом, так и цифровым кодом.

Roc DA Uвых + R1 Uп Uвх Fo Rк1 Rк2 Rк VT1 VT2 VT X1 Rб1 Rб2 Rб X X Рис. При подаче на один из входов логической единицы соответствующий транзисторный ключ открывается и в цепь инвертирующего входа оказывается включённой коллекторная нагрузка данного ключа.

Roc К Rинв Изменяя цифровой код на входах ключей, можно к инвертирующему входу подключить це лый ряд коллекторных нагрузок, включённых в параллель и соответственно изменять коэффи циент усиления схемы.

Управление коэффициентом усиления при помощи аналогового сигнала можно осуществлять с помощью полевого транзистора (смотрите рисунок 268).

Roc DA Uвых R + Uвх Uп VT Fo Uупр R Рис. Е. А. Москатов. Стр. В данной схеме роль сопротивления, подключённого к инвертирующему входу, выполняет ка нал полевого транзистора VT1. Изменяя управляющее напряжение, можно менять ширину ка нала, следовательно, и его сопротивление, что будет приводить к изменению коэффициента усиления.

Широкое применение ОУ нашли в активных фильтрах.

На рисунке 269 приведена схема фильтра низкой частоты (ФНЧ).

C DA Uвых R1 R К + Uвх Uп C R Fo f Рис. 270 Xoc Рис. К Rинв На рисунке 271 приведена схема фильтра высокой частоты (ФВЧ).

R DA Uвых C R + К Uвх Uп R Fo f R К Рис. 271 Рис. R2 C На рисунке 273 приведена схема полосового фильтра (ПФ).

R 2C R R C C DA К Uвых + Rвх Uп Uвх Fo fo f Рис. Рис. fo = 1 / (2RC) Е. А. Москатов. Стр. Коэффициент передачи двойного Т – образного моста на частоте fo будет минимальным, а это значит, что сопротивление будет максимальным. А так как двойной Т – образный мост стоит в цепи ООС, то коэффициент усиления на частоте fo будет максимальным.

Перестроим данную схему так, чтобы данный фильтр превратился в режекторный.

К fo f Рис. Rос R DA Uвых + R R Uп К C C Fo R Uвх 2C fo f Рис. Рис. На частоте fo коэффициент передачи двойного Т - образного моста будет равен нулю, следо вательно, сопротивление его будет очень велико, а так как двойной Т - образный мост вклю чён последовательно с входным сигналом, то коэффициент усиления на частоте fo будет мини мальным.

Устройства отображения информации Электронно-лучевые трубки и кинескопы 1) Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) с электростатическим управлением.

2) ЭЛТ с электромагнитным управлением.

3) Кинескопы.

4) Цветные кинескопы.

1) ЭЛТ с электростатическим управлением. Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) с электростатическим управлением, т. е. с фокусировкой и отклонением луча электрическим по лем, называются электростатическими трубками и особенно широко применяются в осциллогра фах. Конструкция. Баллон трубки имеет цилиндрическую форму с расширением в виде конуса или в виде цилиндра большего диаметра. На внутреннюю поверхность основания расширен ной части нанесён люминесцентный экран – слой веществ, способных излучать свет под удара Е. А. Москатов. Стр. ми электронов. Внутри трубки расположены электроды, имеющие выводы, в основном, на жёсткие металлические штырьки цоколя. Катод изготовляют оксидным, с косвенным нака лом, в виде цилиндра с подогревателем. Вывод катода иногда совмещен с одним из выво дов подогревателя. Оксидный слой нанесен на донышко катода. Вокруг катода располагается управляющий электрод, называемый модулятором, цилиндрической формы с отверстием в до нышке. Этот электрод служит для управления плотностью электронного потока и для предва рительной его фокусировки. На модулятор подается отрицательное напряжение в несколько десятков вольт. Чем это напряжение больше, тем больше электронов возвращается на катод.

При определённом отрицательном напряжении модулятора трубка запирается. Другие элек троды, также цилиндрической формы, являются анодами. В ЭЛТ их минимум два. На втором аноде напряжение бывает от 500 В до нескольких киловольт (порядка 20 кВ), а на первом аноде напряжение в несколько раз меньше. Внутри анодов имеются перегородки с отвер стиями (диафрагмы). Под действием ускоряющего поля анодов электроны приобретают зна чительную скорость. Окончательная фокусировка электронного потока осуществляется с по мощью неоднородного электрического поля в пространстве между анодами, а также благода ря диафрагмам. Более сложные фокусирующие системы содержат большее число цилиндров.

Система, состоящая из катода, модулятора и анодов, называется электронным прожектором (электронной пушкой) и служит для создания электронного луча, т. е. тонкого потока элек тронов, летящих с большой скоростью от второго анода к люминесцентному экрану. На пути электронного луча поставлены под прямым углом друг к другу две пары отклоняющих пластин Пх и Пу. Напряжение, подведённое к ним, создает электрическое поле, отклоняющее электронный луч в сторону положительно заряженной пластины. Поле пластин является для электронов поперечным. В таком поле электроны движутся по параболическим траектори ям, а выйдя из него, далее движутся по инерции прямолинейно, т. е. электронный луч получа ет угловое отклонение. Чем больше напряжение на пластинах, тем сильнее отклоняется луч и тем больше смещается на люминесцентном экране светящееся, так называемое электронное пятно, возникающее от ударов электронов. Пластины Пу, отклоняющие луч по вертикали, называются пластинами вертикального отклонения, а пластины Пх – пластинами горизонталь ного отклонения. Одна пластина каждой пары иногда соединяется с общим проводом. Такое включение пластин называется несимметричным. Для того чтобы между вторым анодом и кор пусом не создавалось электрическое поле, влияющее на полёт электронов, второй анод обыч но также бывает соединён с корпусом. Тогда при отсутствии напряжения на отклоняющих пластинах между ними и вторым анодом не будет никакого поля, действующего на элек тронный луч.

Поскольку второй анод соединен с корпусом, то катод, имеющий высокий отрицательный по тенциал, равный напряжению второго анода, должен быть хорошо изолирован от корпуса.

Так как на электронный луч могут влиять посторонние электрические и магнитные поля, то трубку часто помещают в экранирующий чехол из мягкой стали. Свечение люминесцентного экрана объясняется возбуждением атомов вещества экрана. Электроны, ударяя в экран, переда ют свою энергию атомам экрана, в которых один из электронов переходит на более удален ную от ядра орбиту. При возвращении электрона обратно, на свою орбиту, выделяется квант световой энергии, называемый фотоном, и наблюдается свечение. Это явление называется като долюминесценцией, а вещества, светящиеся под ударами электронов, называются катодолю минофорами или просто люминофорами. Электроны, попадающие на экран, могут зарядить его отрицательно и создать тормозящее поле, уменьшающее их скорость. От этого умень шится яркость свечения экрана и может вообще прекратиться попадание электронов на экран.

Поэтому необходимо снимать отрицательный заряд с экрана. Для этого на внутреннюю по верхность баллона наносится проводящий слой. Он обычно бывает графитовым и называется аквадагом. Аквадаг соединяется со вторым анодом. Вторичные электроны, выбиваемые из экрана ударами первичных электронов, летят к проводящему слою. После ухода вторичных электронов потенциал экрана обычно близок к потенциалу проводящего слоя. В некото рых трубках имеется вывод от проводящего слоя, который можно использовать в качестве до полнительного анода с более высоким напряжением. При этом электроны дополнительно Е. А. Москатов. Стр. ускоряются после отклонения в системе отклоняющих пластин, что называется послеускоре нием. Проводящий слой также исключает образование на стенках баллона отрицательных за рядов от попадающих туда электронов. Эти заряды могут создавать дополнительные поля, на рушающие нормальную работу трубки. Если в трубке проводящего слоя нет, то вторичные электроны уходят с экрана на отклоняющие пластины и второй анод. Питание электронно го прожектора осуществляется через делитель напряжения.

Чтобы регулирование яркости меньше влияло на фокусировку, первый анод делают без диафрагм. На него электроны не попадают, т. е. ток первого анода равен нулю. Современ ные электронные прожекторы дают на экране светящееся пятно с диаметром менее 0,002 от диаметра экрана.

Отклонение электронного луча электростатическим методом с образованием светящегося пят на на экране пропорционально напряжению на отклоняющих пластинах. Коэффициент про порциональности в этой зависимости называется чувствительностью трубки. Если обозначить отклонение пятна по вертикали через у, а напряжение на пластинах y через Uy, то у = Sy Uy, где Sy – чувствительность трубки для пластин y.

Подобно этому отклонение светящейся точки по горизонтали х = Sх Uх Таким образом, чувствительность электростатической трубки – это отношение отклонения светящейся точки на экране к соответствующему отклоняющему напряжению:

Sх = x / Uх и Sy = y / Uy Чувствительность ЭЛТ - это отклонение светящейся точки при изменении на 1 В отклоняю щего напряжения. Выражают чувствительность в миллиметрах на вольт. Иногда под чув ствительностью понимают величину, обратную Sх или Sy, и выражают её в вольтах на мил лиметр.

Предыдущие формулы не означают, что чувствительность обратно пропорциональна отклоня ющему напряжению. Если увеличить в несколько раз Uy, то во столько же раз возрастет у, а значение Sy останется без изменения. Следовательно, Sy не зависит от Uy. Чувствитель ность бывает в пределах 0,1 – 1,0 мм/В. Она зависит от режима работы и геометрических размеров трубки.

2) ЭЛТ с электромагнитным управлением ЭЛТ с электростатическим управлением применяются в виде индикаторных (экраны радиолокаторов и гидролокаторов, дисплеи, устройства обработки воздушной и надводной информации).

Электромагнитные трубки имеют электронную пушку, такую же, как и электростатические.

Разница состоит в том, что напряжение на первом аноде не изменяется, и аноды предназначе ны только для ускорения электронного потока.

Ф.К.

О.К.

Э П Э Р ис. 278 Рис. Фокусировка электронного луча осуществляется при помощи фокусирующей катушки – Ф.К..

Фокусирующая катушка имеет рядовую намотку и одевается прямо на колбу трубки. Фокуси рующая катушка создаёт магнитное поле, магнитные силовые линии которого располагаются так, как изображено на рисунке 279. Если электроны движутся по оси, то угол между вектором Е. А. Москатов. Стр. скорости и магнитными силовыми линиями будет равен 0 ( = 0°), следовательно, сила Лорен ца равна нулю. Если электрон влетает в магнитное под углом, то за счёт силы Лоренца траек тория электрона будет отклоняться к центру катушки. В результате все траектории электронов будут пересекаться в одной точке. Изменяя ток через фокусирующую катушку, можно изме нять местоположение этой точки. Добиваются того, чтобы эта точка находилась в плоскости экрана. Это и есть фокусировка. Отклонение луча осуществляется при помощи магнитных по лей, формируемых двумя парами отклоняющих катушек. Одна пара – катушки вертикального отклонения, и другая – катушки горизонтального отклонения. Катушки имеют сложную форму и располагаются таким образом, что их магнитные силовые линии на осевой линии будут вза имно перпендикулярны.

Рис. Когда электрон пролетает между катушками и попадает под воздействие их магнитных полей, так как угол между траекторией электрона и магнитных силовых линий составляет 90° (sin = 1), то сила Лоренца, воздействующая на электрон, будет максимальной. Под действием этой силы Лоренца электроны будут двигаться по дуге окружности, за счёт чего угол отклонения и, следовательно, чувствительность электромагнитных ЭЛТ будет значительно выше, чем у элек тростатических. Всё остальное – люминофор, экран, аквадаг – всё как у электростатических.

3) Кинескопы. Кинескопы относятся к комбинированным ЭЛТ, то есть они имеют электро статическую фокусировку и электромагнитное отклонение луча для увеличения чувствитель ности. Основным отличием кинескопов от ЭЛТ является следующее: электронная пушка кине скопов имеет дополнительный электрод, который называется ускоряющим электродом. Он располагается между модулятором и первым анодом, на него подаётся положительное напря жение в несколько сотен вольт относительно катода, и он служит для дополнительного уско рения электронного потока. Вторым отличием является то, что экран кинескопа, в отличие от ЭЛТ, трёхслойный (смотрите рисунок 281).

2 Р ис. 1 слой – наружный слой – стекло. К стеклу экрана кинескопа предъявляются повышенные тре бования по параллельности стенок и по отсутствию посторонних включений.

2 слой – это люминофор.

3 слой – это тонкая алюминиевая плёнка. Эта плёнка выполняет две функции:

Увеличивает яркость свечения экрана, действуя как зеркало.

Е. А. Москатов. Стр. Основная функция состоит в защите люминофора от тяжёлых ионов, которые вылетают из катода вместе с электронами.

4) Цветные кинескопы. Принцип действия основан на том, что любой цвет и оттенок можно получить смешиванием трёх цветов – красного, синего и зелёного. Поэтому цветные кинескопы имеют три электронных пушки и одну общую отклоняющую систему. Экран цвет ного кинескопа состоит из отдельных участков, каждый из которых содержит три ячейки лю минофора, которые светятся красным, синим и зелёным цветами. Причём размеры этих ячеек настолько малы и они расположены настолько близко друг к другу, что их свечение восприни мается глазом как суммарное. Это общий принцип построения цветных кинескопов.

В кинескопах (вообще) отклоняющие катушки получили название строчной и кадровой. При прохождении через строчную катушку пилообразного импульса тока луч (или лучи в цветном кинескопе) прочерчивают на экране горизонтальную линию, которая называется строкой. За тем, под действием импульса тока через кадровую катушку, луч смещается на величину, при близительно равную ширине одной строки и под действием тока строчной катушки прочерчи вает следующую строку, и так далее. В результате этого происходит полная засветка экрана кинескопа, которая называется растр. Общее количество строк равно 625.

Полезный сигнал, обработанный схемой телевизора, поступает на катод или модулятор кине скопа, модулируя луч по яркости, за счёт чего и формируется изображение на экране.

Индикаторы 1) Буквенно-цифровые индикаторы.

2) Матричные индикаторы.

3) Вакуумные электролюминесцентные индикаторы.

4) Жидкокристаллические индикаторы.

1) Буквенно-цифровые индикаторы. Буквенно-цифровые индикаторы предназначены для отображения информации в виде цифр, букв и различных символов.

Различают следующие виды буквенно-цифровых индикаторов:

Накальные;

Газоразрядные;

Светодиодные;

Вакуумные электролюминесцентные;

Жидкокристаллические.

Накальные и газоразрядные индикаторы в настоящее время практически не применяются.

Светодиодные индикаторы бывают двух видов: семисегментные и матричные. Семисегмент ные светодиодные индикаторы предназначены для отображения информации в виде цифр и включают в свой состав восемь светодиодов, семь из которых имеют форму сегментов, а один, восьмой, - точка.

+ Uип VD1.1 VD1.2 VD1.3 VD1.4 VD1.5 VD1.6 VD1.7 VD1. + + + + + + + + SA Рис. 282 Рис. Е. А. Москатов. Стр. Семисегментные индикаторы выпускаются двух видов – с объединённым анодом или с объединённым катодом.

+ VD1 VD2 VD Gип SA1 SA SA Рис. 2) Матричные индикаторы. Светодиодные матричные индикаторы имеют в своём со ставе большое количество светодиодов.

Рис. Путём подключения тех или иных светодиодов в матрицу можно сформировать любую циф ру, букву, знак или символ.

Достоинства светодиодных индикаторов:

Малое питающее напряжение;

Сравнительно малый потребляемый ток;

Чёткая конфигурация цифр.

Недостаток – недостаточная яркость свечения.

3) Вакуумные электролюминесцентные индикаторы. Принцип действия основан на том, что аноды в виде металлизированных сегментов, покрытые люминофором, будут све титься при попадании на них электронного потока.

Р ис. В состав такого индикатора (смотрите рисунок 286) входят:

1. катод для создания термоэлектронной эмиссии;

2. ускоряющая сетка;

3. маска;

4. аноды.

Е. А. Москатов. Стр. Катод создаёт электронный поток, который ускоряется сеткой и через маску попадает на те аноды, к которым подведено напряжение и вызывает свечение люминофора.

Маска представляет собой металлическую фольгу с прорезями по конфигурации анодов и предназначена для более чёткой конфигурации цифр.

Достоинства: наибольшая яркость свечения из всех типов индикаторов, сравнительно низкие питающие напряжения.

Недостаток: большой потребляемый ток.

4) Жидкокристаллические индикаторы. Жидкими кристаллами называют материал в виде длинных цепочек с очень высокой подвижностью. За счёт этого в обычном состоянии эти молекулы располагаются хаотично и жидкий кристалл не прозрачен (смотрите рисунок 287).

Если поместить жидкий кристалл в электрическое поле, то молекулы ориентируются относи тельно линии напряжённости поля и жидкий кристалл становится прозрачным (смотрите ри сунок 288).

Рис. 287 Рис. 288 Рис. В состав конструкции (смотрите рисунок 289) входит:

1. стекло;

2. прозрачный электрод;

3. жидкий кристалл;

4. непрозрачный электрод.

Прозрачный электрод выполняется в виде сегментов, букв или символов и в зависимости от того между каким из прозрачных электродов и непрозрачным электродом создаётся электри ческое поле в этом месте жидкий кристалл становится прозрачным и сквозь него оказывается виден непрозрачный электрод.

Достоинства: малое питающее напряжение, чрезвычайно малый потребляемый ток.

Недостаток: можно использовать только при внешнем освещении.

Е. А. Москатов. Стр. Заключение Конечно, в столь сжатом описании охватить все детали процессов, наблюдаемых в электрон ных приборах, невозможно. Остались не рассмотренными даже некоторые радиодетали: одно переходные транзисторы, ионисторы, криотроны, лазеры, мазеры, лампы обратной и бегущей волны, клистроны и магнетроны… Да, много приборов не попало в наше описание. Озна комиться с этими приборами можно, прочитав книги из списка использованных литературных источников, который можно найти в самом конце этой книги. Но автор и не пытался говорить обо всём. Были выбраны лишь самые важные явления, составляющие ядро электроники, и если пытливый читатель разобрался во всём том, что изложено было выше, то наверняка те перь ему будет более понятен любой технический предмет, любая сложная техническая книга.

Автор надеется, что книга оказалась полезной, а её изложение – понятным.

С уважением, Е. А. Москатов Е. А. Москатов. Стр. Приложение Решение типовых задач по курсу “Электронная техника” Задача № Определение неизвестных параметров полупроводникового диода по графику, изображённому на рисунке 290. Найти:

Максимальный прямой ток Iпр.max Максимальное прямое падение напряжения Uпр.max Напряжение электрического пробоя Uэл.проб Максимальное обратное напряжение Uобр.max.

Определяется как Uобр.max. = ( )Uэл.проб.

Uпр Riпр Iпр Uобр Riобр Iобр I Iп р.m a x U nр Iо б р.m a x U Р ис. 2 9 Задача № Определение неизвестных параметров стабилитрона по характеристике, изображённой на ри сунке 291. Найти:

Минимальный прямой ток Iст.min.

Максимальный прямой ток Iст.max.

Номинальный прямой ток Iст.ном. Определяется по следующей формуле:

Iст.max Iст.min Iст.ном Напряжение стабилизации Uст.

Изменение напряжения стабилизации Uст. (при изменении тока стабилизации от ми нимума до максимума).

Дифференциальное сопротивление на участке стабилизации. Определяется по следую щей формуле:

Uст.

rст.

Iст.max Iст.min Е. А. Москатов. Стр. Iп р U э л.п р о б U о б р.m a x U п р.m a x Температурный коэффициент стабилизации. Определяется по следующей формуле:

Uст.t 100% Uст. t Uст.t Uст. Uст.

t t2 t I U c т.t Uс т Ucт Uс т ' U Iс т.m in Iс т.ном Iс т.m ax to 2= 80oC to 1= 20oC Р ис. Задача № Построение нагрузочной прямой и определение координат рабочей точки по графикам (смот рите рисунок 292). Дано: Eк;

Rк;

Iбo. Определить: Uкэo;

Iкo;

Uбэo.

Eк Iк.нас Зная ток Iбo, из графика рисунка 293 определяем Uбэo. Из формулы определяем Rк Iк.нас. Зная Eк и Iк.нас, отложим их значения на осях координат графика, изображённого на рисунке 292.

Iк Iб Iк.нас Iб Iб Uкэ=0 Uкэ> Iб2=Iбо Р.Т.

Iбо Iко Iб Uбэо Uбэ Uкэо Eк Uкэ Рис. Рис. Е. А. Москатов. Стр. Соединим получившиеся точки прямой линией. Эта линия и есть нагрузочная прямая. Зная из условия Iбo, и зная, в каком месте нагрузочная прямая пересекает требуемый ток базы, опреде лим рабочую точку (РТ). Спроецируем рабочую точку на ось Uкэ и найдём Uкэo.

Задача № Определение h-параметров биполярных транзисторов по графикам (смотрите рисунки 294 – 298). Для рисунка 297 справедливо Iб = Iб3 - Iб2.

Iк Iб Iб Iб Iб Uкэ=0 Uкэ> Uкэ=0 Uкэ> Iб Iб=const Iб Uбэ Uбэ Uбэ Uбэ Uкэ Рис. 294 Рис. Рис. Iк Iб U кэ = C o ns t Iк Iб Iб Iб Iб Iб Iб Iб Uкэ U кэ U к э = c o ns t U к э Рис. Р ис. 2 9 U h11 при U 2 Const I Uбэ h11э при Uкэ Const Iб U h12 при I1 Const U Uбэ h12э при Iб Const Uкэ I h21 при U 2 Const I Iк h21э при Uкэ Const Iб Iк h22э при Iб Const Uкэ Е. А. Москатов. Стр. Iб Iк Iк Iб Задача № Определение параметров полевых транзисторов по характеристикам (смотрите рисунки 299, 300).

Iс Uз1= Iк Uз2

Ic mA.

S= [ ] Uз B Для нахождения Rст обратимся к рисунку 300. По этой иллюстрации определяем Uc и Ic.

Выходное сопротивление рассчитаем по следующей формуле:

Uc Rст Ic Задача № Задача на логические элементы. На рисунке 301 приведена принципиальная схема устройства, состоящего из трёх логических элементов – двух элементов Шеффера (И-НЕ) и одного эле мента Пирса (ИЛИ-НЕ). Также условием являются подаваемые на устройство уровни логиче ской единицы и логического нуля. Требуется определить, что будет на выходе элемента DD3 – логический ноль или единица.

Решение. На элемент И-НЕ DD1 подаются две единицы, значит, на выходе у него будет ноль.

На элемент И-НЕ DD2 подаются ноль и единица, значит, на выходе у него будет единица. На элемент ИЛИ-НЕ DD3 подаются ноль и единица с элементов DD1 и DD2, следовательно, на выходе у него будет ноль. Ответ: ноль.

DD "1" & DD y="?" DD "0" & "1" Рис. Е. А. Москатов. Стр. Iс Ic Литература 1. Буланов Ю. А., Глаголев Г. И. Основы электроники. – М.: «Высшая школа», 1966, 347 с.: ил.

2. Быстров Ю. А., Мироненко И. Г. Электронные цепи и устройства: Учеб. пособие для элек тротехн. и энерг. вузов. – М.: Высш. шк., 1989. – 287 с.: ил.

3. Гершунский Б. С. Основы электроники. – Киев, издательское объединение «Вища школа», 1977, 344 с.

4. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника: Учеб. пособие для приборостроит. спец. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк. 1991. – 622с.: ил.

5. Жеребцов И. П. Основы электроники. – 5-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ле нингр. отд-ние, 1989.-352 с.: ил.

6. Кноль М., Эйхмейер И. Техническая электроника, т. 1. Физические основы электроники. Ва куумная техника, пер. с нем. М., «Энергия», 1971.

7. Силовая электроника: Примеры и расчёты / Ф. Чаки, И. Герман, И. Ипшич и др. Пер. с англ.

– М.: Энергоиздат, 1982. – 384 с.: ил.

Е. А. Москатов. Стр. Оглавление Предисловие………………………………………………………………………………….........… Раздел 1. Электронно-дырочные и металлополупроводниковые переходы……...……….......... Тема 1. Движение электронов в электрических и магнитных полях……………………............. 1) Движение электронов в ускоряющем электрическом поле…………………………......... 2) Движение электрона в тормозящем электрическом поле…………………………............ 3) Движение электрона в поперечном электрическом поле……………………………........ 4) Движение электрона в магнитных полях………………………………………….............. 5) Зонная энергетическая диаграмма……………………………………………………......... Тема 2. Электропроводность полупроводников…………………………………………….......... 1) Собственная проводимость полупроводников………………………………………......... 2) Примесная проводимость полупроводников………………………………….........……... 3) Дрейфовый и диффузионный токи в полупроводниках………………………………...... Тема 3. Электронно-дырочный (p-n) переход……………………………………………….…..... 1) Образование электронно-дырочного перехода………………………………….…..…..... 2) Прямое и обратное включение p-n перехода………………………………....…….…...... 3) Свойства p-n перехода………………………………………………………………..…..... Тема 4. Переход Шоттки………………………………………………………………………....... 1) Образование перехода Шоттки…………………………………………………….…....… 2) Прямое и обратное включение диодов Шоттки…………………………………….....…. Тема 5. Некоторые эффекты полупроводника……………………………………………............ 1) Тоннельный эффект…………………………………………………………….........…….. 2) Эффект Гана…………………………………………………………………….........…….. 3) Эффект Холла…………………………………………………………………........….…… Раздел 2. Полупроводниковые приборы………………………………………………….........… Тема 6. Устройство, классификация и основные параметры полупроводниковых диодов…………………………………………………………………….…………............ 1) Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов…………........... 2) Конструкция полупроводниковых диодов……………………………………….........…. 3) Вольтамперная характеристика и основные параметры полупроводниковых диодов……………………………….…………………….........…... Тема 7. Выпрямительные диоды……………………………………………………….........……. 1) Общая характеристика выпрямительных диодов……………………………….........….. 2) Включение выпрямительных диодов в схемах выпрямителей…………………........…. Тема 8. Стабилитроны, варикапы, светодиоды и фотодиоды………………………….........….. 1) Стабилитроны…………………………………………………………………….........…… 2) Варикапы………………………………………………………………………….........…… 3) Фотодиоды………………………………………………………………………….........…. 4) Светодиоды………………………………………………………………………….........… Тема 9. Импульсные, высокочастотные (ВЧ) и сверхвысокочастотные (СВЧ) диоды…........... 1) Импульсные диоды…………………………………………………………………............ 2) Диоды ВЧ……………………………………………………………………………............ 3) СВЧ диоды………………………………………………………………………….........…. Раздел 3. Биполярные транзисторы……………………………………………………….........… Тема 10. Устройство, классификация и принцип действия биполярных транзисторов.........… 1) Классификация и маркировка транзисторов………………………………………........... 2) Устройство биполярных транзисторов……………………………………………........… 3) Принцип действия биполярных транзисторов……………………………………........… Тема 11. Схемы включения биполярных транзисторов……………………………………......... 1) Схема включения с общей базой ОБ………………………………………………........… Е. А. Москатов. Стр. 2) Схема включения с общим эмиттером ОЭ………………………………………….......... 3) Схема включения с общим коллектором ОК……………………………………........….. 4) Усилительные свойства биполярного транзистора………………………………........… Тема 12. Статические характеристики транзисторов…………………………………….........… 1) Статические характеристики транзистора по схеме ОБ………………………........…. 2) Статические характеристики транзистора по схеме ОЭ………………………........…. Тема 13. Динамический режим работы транзистора……………………………………........….. 1) Понятие о динамическом режиме………………………………………………….......…. 2) Динамические характеристики и понятие рабочей точки…………………………......... 3) Ключевой режим работы транзистора………………………………………………......... Тема 14. Эквивалентная схема транзистора……………………………………………….......…. 1) Эквивалентная схема транзистора с ОБ…………………………………………….......… 2) Эквивалентная схема транзистора с ОЭ…………………………………………….......... 3) Эквивалентная схема транзистора с ОК………………………………………….......…... 4) Транзистор как активный четырёхполюсник…………………………………….......…... Тема 15. Система h-параметров транзистора. Y-параметры…………………………….......….. 1) h-параметры и их физический смысл……………………………………………….......… 2) Определение h-параметров по статическим характеристикам…………………….......... 3) Y-параметры транзисторов……………………………………………………………....... Тема 16. Температурные и частотные свойства транзисторов. Фототранзисторы………......... 1) Температурное свойство транзисторов…………………………………………….......…. 2) Частотное свойство транзисторов…………………………………………………......….. 3) Фототранзисторы……………………………………………………………………......…. Раздел 4. Полевые транзисторы…………………………………………………………......……. Тема 17. Представление о полевых транзисторах…………………………………………......… 1) Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим p-n переходом……………………………………………………………………….......….. 2) Характеристики и параметры полевых транзисторов……………………………......….. 3) Полевые транзисторы с изолированным затвором…………………………………......... 4) Полевые транзисторы для ИМС, репрограммируемых постоянных запоминающих устройств (РПЗУ)………………………………………………….......…. Раздел 5. Тиристоры…………………………………………………………………………......… 1) Устройство и принцип действия динисторов…………………………………….....…… 2) Основные параметры тиристоров…………………………………………………......…... 3) Тринисторы………………………………………………………………………….....…… 4) Понятие о симисторах…………………………………………………………………....... Раздел 6. Электровакуумные приборы………………………………………………………........ Тема 18. Электровакуумный диод……………………………………………………………........ 1) Электровакуумный диод, устройство и принцип действия электровакуумного диода……………………………………………………….……......... 2) ВАХ и основные параметры электровакуумного диода……………………………......... Тема 19. Триод…………………………………………………………………………………....... 1) Устройство и принцип действия триода…………………………………………….....…. 2) ВАХ и основные параметры триода………………………………………………….....… Тема 20. Тетрод…………………………………………………………………………………...... 1) Устройство и схема включения тетрода………………………………………………...... 2) Динатронный эффект………………………………………………………………….....… 3) Лучевой тетрод…………………………………………………………………………....... Тема 21. Пентод…………………………………………………………………………………...... Раздел 7. Цифровая микросхемотехника…………………………………………………....…… Тема 22. Основы микроэлектроники………………………………………………………....…... 1) Классификация и УГО интегральных микросхем (ИМС)…………………………....…. 2) Элементы и компоненты гибридных ИМС (ГИС)…………………………………....…. Е. А. Москатов. Стр. 3) Элементы и компоненты полупроводниковых ИМС……………………………….....… Раздел 8. Булева алгебра………………………………………………………….....……….……. Тема 23.Простейшие логические функции и логические элементы…………………….....…… 1) Логические функции и их реализация……………………………………………….....… 2) Схемотехника простейших логических элементов………………………………....…… 3) Характеристики и параметры цифровых ИМС………………………………………....... Тема 24. Транзисторно-транзисторная логика………………………………………………........ 1) Основные типы логики и понятие о многоэмиттерном транзисторе………………....... 2) Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) с простым инвертором………………....… 3) ТТЛ со сложным инвертором……………………………………………………….....….. Тема 25. Логические элементы ТТЛ со специальными выводами…………………………....... 1) ТТЛ с открытым коллектором……………………………………………………….....…. 2) ТТЛ с Z-состоянием………………………………………………………………….....….. 3) ТТЛШ………………………………………………………………………………….....…. 4) Оптоэлектронные ИМС……………………………………………………………….....… Тема 26. Логические элементы на полевых транзисторах МОП – структуры…………….....… 1) Ключи на МОП – транзисторах……………………………………………………....…… 2) Комплементарная МОП - пара (КМОП)…………………………………………….....…. 3) Реализация функции И-НЕ в КМОП – логике………………………………………….... 4) Реализация функции ИЛИ-НЕ в КМОП – логике……………………………………....... Тема 27. Эмиттерно-связная логика…………………………………………………………......... 1) Реализация функций ИЛИ и ИЛИ-НЕ в эмиттерно-связной логике (ЭСЛ)……….....… 2) Источник опорного напряжения……………………………………………………......…. 3) Базовый элемент ЭСЛ серии К500……………………………………………………....... Раздел 9. Аналоговые электронные устройства…………………………………………….....… Тема 28. Классификация и основные технические показатели усилителей………………........ 1) Классификация усилителей……………………………………………………………....... 2) Основные технические показатели усилителей…………………………………….....…. 3) Характеристики усилителей………………………………………………………….....…. Тема 29. Питание цепи базы транзисторов и температурная стабилизация рабочей точки…………………………………………………………......... 1) Питание цепи базы транзистора по схеме с фиксированным током базы…………....... 2) Питание цепи базы транзистора по схеме с фиксированным напряжением базы…...... 3) Температурная стабилизация (термостабилизация) рабочей точки при помощи терморезистора и полупроводникового диода……………………………......... 4) Термостабилизация рабочей точки при помощи отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному напряжению………………………………….... 5) Термостабилизация рабочей точки при помощи ООС по постоянному току………...... Тема 30. Обратная связь в усилителе…………………………………………………………....... 1) Виды обратной связи…………………………………………………………………....…. 2) Влияние ООС на основные показатели усилителя…………………………………....…. Тема 31.Режимы работы усилительных элементов…………………………………………....… 1) Понятие о проходной динамической характеристике………………………………....… 2) Режим работы класса А…………………………………………………………………..... 3) Режим работы класса В…………………………………………………………………..... 4) Режим работы класса АВ………………………………………………………………...... 5) Режим работы класса С…………………………………………………………………..... 6) Режим работы класса D………………………………………………………………....…. Тема 32. Межкаскадные связи в усилителях…………………………………………………...... 1) Виды межкаскадных связей…………………………………………………………....…. 2) Эквивалентная схема усилительного каскада с резисторно - ёмкостными связями…………………………………………………....…... 3) Анализ эквивалентной схемы на низких, средних и высоких частотах……………....... Е. А. Москатов. Стр. Тема 33. Выходные каскады усиления………………………………………………………....… 1) Однотактный выходной трансформаторный каскад……………………………....…….. 2) Двухтактный выходной трансформаторный каскад…………………………………...... 3) Двухтактный выходной бестрансформаторный каскад……………………………....…. Тема 34. Усилители постоянного тока с непосредственными связями……………………........ 1) Усилители постоянного тока с непосредственными связями………………………....... 2) Дифференциальный каскад УПТ…………………………………………………….....…. Тема 35. Операционные усилители ……………………………………………………….....….. 1) Классификация и основные параметры операционных усилителей (ОУ)………....…. 2) Схемы включения ОУ……………………………………………………………....…….. Раздел 10. Устройства отображения информации…………………………………………....... Тема 36. Электронно-лучевые трубки и кинескопы………………………………………....…. 1) Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) с электростатическим управлением………....….. 2) ЭЛТ с электромагнитным управлением…………………………………………….....… 3) Кинескопы……………………………………………………………………………....… 4) Цветные кинескопы………………………………………………………………....……. Тема 37. Индикаторы…………………………………………………………………….....…….. 1) Буквенно-цифровые индикаторы………………………………………………....……... 2) Матричные индикаторы…………………………………………………………....…….. 3) Вакуумные электролюминесцентные индикаторы…………………………….....…….. 4) Жидкокристаллические индикаторы……………………………………………....……. Заключение……………………………………………………………………………….....…….. Приложение……………………………………………………………………………….....……. Решение типовых задач по курсу "Электронная техника"…………………………….....…..... Список использованных литературных источников…………………………………....……… Оглавление…………………………………………………………………………….....………... Е. А. Москатов. Стр.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.