К оглавлению
Материал для подготовеки к аттестации по теме:
"Операционные усилители. Аналоговые электронные устройства. Усилители."
Материал по теме "Операционные усилители. Аналоговые электронные устройства. Усилители."
Задание 1:
Прочтите материал в электронном пособии "Электроника". Обратите внимание на основные параметры ОУ, 4 вида внешней обратной связи, классы усиления и три основные схемы усилителей на транзисторах.
Задание 2:
Проверьте себя, отвечая на нижеследующие контрольные вопросы:
- В каком режиме (линейном или нелинейном) работает ОУ в схемах усилителей?
- Запишите, чему равны Rвх.ОУ, Rвых.ОУ, KОУ идеального операционного усилителя.
- Нарисуйте УГО операционного усилителя.
- Как обозначают входы ОУ?
- Укажите диапазон напряжения питания наиболее широко используемых ОУ.
- Нарисуйте передаточную характеристику ОУ.
- Нарисуйте АЧХ ОУ.
- Сколько видов внешней обратной связи (ОС)?
- Перечислите виды ОС.
- Какая ОС называется ПОС?
- Какая ОС называется ООС?
- Какая связь между каскадами используется в ОУ?
- Чем отличается обозначение инвертирующего и не инвертирующего входов?
- Почему входы ОУ называются дифференциальными?
- Как ОУ реагирует на подачу синфазного сигнала на его входы?
- Перечислите основные параметры ОУ.
- Чем отличаются амплитудные характеристики ОУ, снятые по инвертирующему и не инвертирующему входам?
- Каким будет изменение напряжения на выходе ОУ, если изменение напряжения между его входами составляет 1мВ?
- Как ток потребляют входы ОУ?
- С каким входом следует соединять выход ОУ для получения ООС?
- С каким входом следует соединять выход ОУ для получения ПОС?
- Сравните показатели усилителя и трансформатора. Какие из этих показателей существенно отличаются друг от друга?
- Почему насчитывается только три основные схемы усилителей на транзисторах? Чем эти схемы отличаются друг от друга?
- Будет ли усилитель ОК усиливать мощность сигнала?
- Какой из усилителей: ОЭ, ОБ или ОК потребляет от источника входного сигнала минимальный ток, а какой максимальный?
- В каком классе работает резистивный усилитель, если уровень входного сигнала не превышает 0,1 В?
- Дайте определение усилителя электрических сигналов.
- Как подключаются источники питания к биполярному транзистору для создания усилительного режима класса А?
- Каким образом можно расширить полосу пропускания резистивного усилителя в области низких частот?
- Покажите цепь протекания постоянного коллекторного тока через транзистор в усилителе ОЭ.
- Какой величины задается напряжение смещения на базу транзистора в активном режиме?
- Запишите формулу для определения емкостного сопротивления разделительного конденсатора в усилителе.
Задание 3:
Изучите примеры решения типовых задач.
Постарайтесь выполнить решения самостоятельно, не подсматривая готовые решения.
Готовые решения используйте только для самоконтроля и коррекции полученного Вами результата.
Задача 1
Определить режим транзистора по постоянному току для схемы, показанной на рисунке, в которой ЕЭ=-2В; RK=4кОм; RЭ=1кОм; ЕK=10В. Транзистор имеет α=0,99. Обратным током коллектора можно пренебречь. Транзистор кремниевый.
Проверь себя.
Решение:
Согласно второму закону Кирхгофа уравнение напряжений по входной цепи можно записать следующим образом:
ЕЭ=IЭ⋅RЭ+UЭ
Для кремниевого транзистора можно считать, что на активном участке UЭ≈0,7В.
В этом случае:
IЭ=(ЕЭ-UЭ)/RЭ=(2-0,7)/103=1,3 мА
Ток коллектора находим из соотношения
IК=αIЭ=0,99⋅1,3≈1,3 мА.
В выходной цепи напряжения распределены следующим образом:
ЕК=IК⋅RК+UК
Находим отсюда напряжение на коллекторе в режиме покоя:
UК=EК-IКRК=10-1,3⋅4=4,8 В
↑
Задача 2
В схеме найти UКБ
Дано: RЭ=2 кОм; RК=5,1 кОм; ЕЭ=-6 В; ЕК=-20 В.
Коэффициент передачи тока эмиттера равен 0,98, обратный ток IКО=10 мкА.
Проверь себя.
Решение:
Найдем ток эмиттера IЭ=(ЕЭ-UБЭ)/Rвх. Для схемы с общей базой входное сопротивление цепи для источника ЕЭ
Rвх=RЭ+rэ+(rэ+RБ)(1-α).
Пренебрегая малыми слагаемыми rЭ и rБ упрощаем это выражение:
Rвх=RЭ+rэ+(rэ+RБ)(1-α)=2⋅103+51⋅103⋅(1-0,98)=3,02 кОм
Не будет грубой ошибкой считать, что UБЭ<<UЭ. Тогда
IЭ≈ЕЭ/Rвх=6/(3,02⋅103)≈2 мА.
Находим ток коллектора:
IК=αIЭ+IКО=0,98⋅2⋅10-3+10⋅106=1,97 мА.
В выходной цепи уравнение токов и напряжений имеет вид
ЕK=IКRК+IБRБ+UKБ
Зная IЭ можно найти ток базы:
IБ=(1-α)IЭ-IKO=(1-0,98)2⋅10-3-10⋅10-6=30 мкА.
Отсюда находим напряжение на переходе база — коллектор:
UKБ=20-1,97⋅10-3⋅5,1⋅103-30⋅10-6⋅51⋅103=8,42 В.
Следовательно, транзистор работает в активном режиме.
↑
Задача 3
В схеме используется транзистор с коэффициентом передачи тока базы β=29 и IЭО=IКО=10 мкА, источник питания ЕК=10 В и резисторы RЭ=1 кОм, RK=2 кОм, RБ=75 кОм.
В каком режиме работает транзистор?
Проверь себя.
Решение:
- Запишем уравнение токов и напряжений во входной цепи:
ЕК=IБRБ+UБЭ+IЭRЭ=IБ[RБ+RЭ(1+β)]+UБЭ.
Последнее слагаемое есть падение напряжения на открытом переходе, которым в первом приближении можно пренебречь. Тогда можно найти токи:
- Зная ток через переход можно уточнить падение напряжения на эмиттерном переход, а затем уточнить и ток базы:
- С учетом ток несколько уменьшится:
Как видим, уточнение дало незначительную поправку.
- Найдем ток коллектора:
IK=βIБ+IKО=βIБ+IKО(1+β)=29⋅0,14⋅10-3+10⋅10-6(1+29)=4,06 мА.
В дальнейшем будем считать, что IK≈IЭ. Теперь найдем напряжение UKЭ из уравнения
ЕK=IКRК+IЭRЭ+UKЭ≈IК(RК+RЭ)+UKЭ
UKЭ≈ЕK-IК(RК+RЭ)=15-4,06⋅10-3(2+1)⋅103=2,82 В.
Этот результат означает, что транзистор работает в активном режиме, так как UKЭ>1 В.
↑
Справка
В общем виде структурная схема многокаскадного усилителя имеет вид, показанный на рисунке, где ВК — входной каскад, ОК — оконечный каскад, ПК — промежуточные каскады.
Выбор схемы оконечного каскада зависит от величины нагрузки RH. Если RH<300 Ом, рекомендуется выбирать схему каскада с общим коллектором (эмиттерный повторитель), приведенную на Рис.12. Если RH≥300 Ом, то выбирается схема каскада с общим эмиттером и эмиттерной стабилизацией.
Выбор типа входного каскада зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала RГ. Если RГ≤10 кОм, следует выбрать схему каскада с общим эмиттером. Если RГ>10 кОм, то необходимо выбрать схему каскада с общим коллектором.
Промежуточные каскады строят, как правило, по схемам с общим эмиттером.
|