Күшейткіштер Дәріс жоспары



Дата26.03.2020
өлшемі1.21 Mb.

Күшейткіштер

Дәріс жоспары:

1. Жалпы мағұлмат;

2. Күшейткіштердің жіктемелері;

3. Күшейткіштердің негізгі сипаттамалары және параметрлері;

4. Күшейткіштердегі кері байланыс;

5. Тұрақты тоқ күшейткіштері;

6. Айнымалы тоқ күшейткіштері.

Транзистор


Биполярлы

Униполярлы


Биполярлы транзистор


Екі р-n өтпелі жартылай өткізгіш аспаптарға транзистор жатады. Транзистор - микронмен өлшемденетін, бір-біріне жақын орналасқан екі р-п өтпеден тұратын электрлік түрлендіргіш аспап.

Қосылу сұлбалары


а) ортақ база

б) ортақ эмиттер

с) ортақ коллектор

Параметрі

Транзистордың жалғану сұлбасы

Базасы

ортақ


Эмиттері

ортақ


Коллекторы ортақ

Кірмелік кедергісі, Ом

50...100

200…2000

104…5·105

Шықпалық кедергісі, Ом

105…5·105

3·104…7·104

50…100

Кернеуді күшейту коэффиценті

30…400

30…1000

≈1

Тоқтың күшейту коэффиценті

≈1

10…200

10…200

Қуаттың күшейту коэффиценті

30…400

3000…3·104

10…200

Униполярлы транзисторлар


Униполярлы транзистордың жұмыс принципі бір таңбалы заряд тасымалдаушылардың қозғалысымен басқаруға негізделген.

Түрлері

Ортақ бастау сұлбасы

Ортақ құйма сұлбасы

Ортақ тиек сұлбасы

МДП-транзистор

МДП-транзистор

МОП-транзистор

МОП-транзистор

Жалпы мағұлмат

Ғылым мен техникада көп кездесетін инженерлік мәселелерді шешкен кезде электрлік емес мәндерді электрлік мәндерге түрлендіріп өлшегенде, технологиялық процесстерді тексеріп және автоматизация жасағанда немесе әр түрлі өнеркәсіптік электрониканың қондырғыларын жасағанда электрлік сигналдарды күшейту үшін биполярлық транзисторлар, өрістік транзисторлар және интегралдық микросхемалар кеңінен қолданылады. .



  • Бұл күшейткіштер өте әлсіз электрлік сигналдарды (кернеулері 10-7 В, токтары 10-14 А шамалас) күшейтуге мүмкіндік береді.
  • Транзисторлар арқылы аса үлкен күшейтуге жету үшін бірнеше күшейткіш каскадтар қолданылады.

электрондық күшейткіш

  • деп электр сигналдарды, олардың формасын өзгертпей, қоректену көзінің энергиясының арқасында, қуатын ұлғайтып, күшейтетін құрылғыны айтады.
  • Транзисторлық күшейткіштің электрондық деп аталу себебі, транзисторлардың жұмыс істеу принципі жартылай өткізгіштегі жүріп жататын электрондық процесстермен анықталады.

Күшейткіштік құрылғының құрылымдық сұлбасы

  • Сигнал көзі
  • Кірістік құрылғы
  • Қосалқы каскад
  • Шығыстык күшейткіш каскад
  • Шығыстық каскад
  • Жүктеме

Электрондық сигналдардың күшейткіштері - бұл корек көзінің энергиясы есебінен кірістік электрлік куатты немесе токты, кернеуді күшейту үшін арналған.

Күшейткіш көмегімен сигналды беру

Транзисторлар арқылы аса үлкен күшейтуге жету үшін бірнеше күшейткіш каскадтар қолданылады Сұлба түрінде құрастырылуы бойынша күшейткіштер бір және көп каскадты болады. Каскадтардың саны күшейткіштерге қойылатын талаптарға байланысты.

Жіктелудің белгілері

  • а) кіріс сигналдың сипаттамасы
  • ә) тағайындалуы
  • б) сызықты емес активті элементтің жұмыс істеу режимі
  • в) активті элементтің типі
  • г) жолақтың күшейтілетін жиілігі

Күшейтілетін сигналдың сипаттамасына қарай бөлінеді

  • а) Үздіксіз сигналдарды күшейткіш. Мұнда құру процесстерімен іске асады. Негізгі сипаттамасы – жиіліктік алмастыру
  • ә) Импульстік сигналдарды күшейткіш. Кіріс сигналдың соншалықты жылдам өзгерісі, күшейткіштің шығысындағы сигнал формасының пайда болуын анықтайтын өтпелі процесстер болып табылады
  • Негізгі сипаттамасы – күшейткіштің импульстік алмастыру сипаттамасы болып табылады

Күшейткіштің тағайындалуына қарай бөлінеді

  • а) кернеу күшейткіштері
  • ә) ток күшейткіштері
  • б) қуат күшейткіштері.
  • Бұлардың бәрі кіріс сигналының қуатын күшейтеді.
  • Алайда, қуат күшейткіштерінің өздері жоғарғы ПӘК кезінде (пайдалы әсер коэффициенті) жүктемеге берілген қуатты беруге қабілетті

Күшейткіштердің жіктемелері

Күшейту сигналының түріне байланысты күшейткіштер

  • тұрақты тоқ күшейткіштері (ТТК) нөлдік герц және одан жоғары жиілікті электрлік сигналдарды күшейткіштер,
    • айнымалы ток күшейткіштері
    • нөлден ажыратылатын жиілікті айнымалы сигналдарды күшейтетін

      Тұрақты токты күшейткіштер, тек тұрақты токты ғана емес, сонымен бірге оның баяу электрлік тербелістерін күшейтеді, ал айнымалы токты күшейткіштер тек сигналдардың айнымалы құрамалырын күшейтеді



2. Күшейту сигналының жиілігі бойынша келесі топтарға жіктелуі мүмкін:

2. Күшейту сигналының жиілігі бойынша келесі топтарға жіктелуі мүмкін:

төмен жиілікті күшейткіштер (ТЖК) — күшейту жиілігінің диапазоны бірлік герцтан жүздеген килогерцті құрылғы;

жоғары жиілікті күшейткіштер (ЖЖК) — күшейту жиілігінің диапазоны бірлік герцтан жүздеген килогерцті және одан жоғары құрылғы;

Төменгі жиіліктік күшейткіштерді радио хабарлауыштарда, сымдық байланыс аппаратураларында және басқа құрылғыларда дыбысты спектрдегі (20 Гц-тен 20 кГц-ке дейінгі аралықтағы) тербелістерді күшейту үшін пайдаланады. Дыбыстың жақсы шығуын қамтамасыз ету үшін пайдалы сигналдың бұрмалауы искажения аз болуы керек және олар жиіліктердің тар жолағында (50 – 10000 Гц) берілуі қажет

  • Төменгі жиіліктік күшейткіштерді радио хабарлауыштарда, сымдық байланыс аппаратураларында және басқа құрылғыларда дыбысты спектрдегі (20 Гц-тен 20 кГц-ке дейінгі аралықтағы) тербелістерді күшейту үшін пайдаланады. Дыбыстың жақсы шығуын қамтамасыз ету үшін пайдалы сигналдың бұрмалауы искажения аз болуы керек және олар жиіліктердің тар жолағында (50 – 10000 Гц) берілуі қажет
  • Жоғарғы жиілікті күшейткіштерді жиіліктері бірнеше жүз килогерцтен жоғары (мысалы, радиотаратқыш және радиоқабылдағыш құрылғыларында жоғарғы жиілікті модуляцияланған тербелістерді) радиожиілікті сигналдарды күшейту үшін қолданады.
    • — кең жолақты күшейткіштер (КЖК) — күшею жиілігі ондық-жүздік герцтен жүздік мегагерцқа дейін диапазонды құрылғы;
    • — сайлаушы (резонансты) күшейткіштер (СК), тар жиілік диапазонда күшейтумен камтамасыз ететін.
  • Кеңжолақты және таржолақты күшейткіштерді импульстік байланысты құрылғыларда, телевиденияда және радиолокацияда жиіліктер жолағы кең (бірнеше герцтен ондаған және оданда көп мегагерцке дейін) және тар сигналдарды күшейту үшін пайдаланады

Негізгі көрсеткіштері

  • Күшейткіштердің қасиеттері эксплуатациялық және сапалық көрсеткіштерімен сипатталады.
  • Эксплуатациялық көрсеткіштеріне жатады

  • күшейту коэффициентін,
  • сезгіштігін,
  • шығыстағы қуатты
  • п.ә.к.

Күшейткіштің

жұмысының сапалық көрсеткіштеріне жатады

  • күшейтілген жиіліктер диапазоны,
  • күшейткіштің енгізілетін бұрмалану,
  • бөгет деңгейлері және т.б.

күшейткіштердің негізгі параметлері мен сипаттамасы:

  • А) кернеу бойынша күшейту коэффициенті Ku:
  • Ku = Uшығ / Uкір; (1)
  • ә) ток бойынша күшейту коэффициенті Kі:
  • Kі = Ішығ / Ікір; (2)
  • б) күшейткіштің қуат бойынша күшейту коэффициенті Kр:
  • Kр = Ршығ / Ркір.

Күшейту коэффициенті

  • Коэффициенттер жиі логарифмдік бірлікте - децибелдарда:
  • Күшейткіш бір немесе бірнеше каскадтардан тұруы мүмкін. Күшейтудің жалпы коэффициенті:
  • Күшейткіштің АЖС және ФЖС. АЖС –күшейту коэффициенті бұл күшейту модулінің жиіліктен тәуелділігі, ал ФЖС –фаза ығысу бұрышының кірістік жіне шығыстық кернеу арасындағы тәуелділік
  • Под АЧХ усилителя понимается зависимость модуля коэффициента усиления от частоты сигнала.

Күшейткіштің АЖС және ФЖС
  • Фазалық бұрмалауды күшейткіштің фаза-жиіліктік сипаттамасы бойынша бағалайды. Бұл сипаттама күшейтілетін сигналдың шығыс және кіріс кернеулері арасындағы фазалық ығыстыруды бейнелейді.

амплитудалы-жиіліктік сипаттама АЖС (АЧХ)

  • . Ол күшейткіштің күшейту К коэффициентінің күшейтілетін тербелістер f жиілігіне байланысын бейнелейді. Амплитудалы-жиіліктік сипаттама (АЖС) әдетте логарифмдік масштабта, яғни K-ның lg f-ке тәуелділігімен тұрғызылады.
  • Амплитудалы-жиіліктік сипаттама бойынша жиіліктік бұрмалауларды анықтауға болады. Оларды анықтауды жеңілдету үшін амплитудалы-жиіліктік сипаттаманы логарифмдік масштабта тұрғызады.
  • Егер күшейткіште бұрмалаулар жоқ болса, онда оның жиіліктік сипаттамасы сызықты болып келеді.
  • Реалды күшейткіштерде күшейту коэффициенті жоғарғы және төменгі жиіліктерде (реактивті кедергілердің: сыйымдылықтардың және 1.1- суреттегі индуктивті элементтердің әсерінен) күшейту коэффициентінің ортанғы жиіліктегі мәнінен аз немесе көп болады

1 нүкте нөлдік кірістік сигнал кезінде өлшенетін шу сигналына сәйкес келеді, 2 нүкте – шу фонында сигналды ажыратуға болатын минималды кірістік кереуге сәйкес келеді.

2 - 3 бөліктер- бұл күшейткіштің кірістік және шығыстық кернеуі арасында тепе теңдік сақталатын бөлік.

- Амплитудалық сипаттама - бұл шығыстық кернеу (тоқтың) амплитудасының кірістік кернеу амплитудасына (тоқтың) тәуелділігі






Амплитудная характеристика


Зависимости амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного

Искажения в усилителях

  • Искажения делят на линейные и нелинейные.
  • Линейные искажения обусловлены наличием в усилителе реактивных элементов, сопротивление которых зависит от частоты.
  • Линейные искажения усилителя оценивают с помощью амплитудно-частотной (АЧХ) характеристики.
  • Отдельные гармонические составляющие сложного входного сигнала усиливаются неодинаково.

Нелинейными искажениями называют искажения формы выходного сигнала, вызванные нелинейностью ВАХ активных приборов, используемых в усилителе.

  • Нелинейными искажениями называют искажения формы выходного сигнала, вызванные нелинейностью ВАХ активных приборов, используемых в усилителе.
  • Нелинейные искажения приводят к появлению на выходе усилителя напряжений и токов с частотами, которых не было в спектре входного колебания.

- Күшейткіштің динамикалық диапазоны кірістік сигналдың өзгеріс диапазонымен сиаптталады:



D = Uкір макс / Uкір мин

- Күшейткіштің өтпелі сипаттамасы - бұл секіру кірістік әсер кезінде (ток, кернеу) шығыстық сигналдың уакыттан тәуелділігі .

Күшейткіштің өтпелі сипаттамасы

Берілген сипаттама бойынша санды екі параметрді анықтау: tөсу шығыс кернеудің өсу уакыты және шығыстық кернеуді кайта реттеу п (импульс фронтын лактыру ) d.

- Пайдалы әсер коэффициенті м (ПӘК):

 = Pшығ / P0,

мұнда Р0 – корек көзінен күшейткіштің тұтынатын куаты.

- Кірістік және шығыстық кедергі. Олардың мәндері кірістік сигнал (датчиктермен) корек көзімен тәрізді, сонымен катар жүктемемен күшейткішпен келістіру кезінде есепке алынады. Жалпы жағдайда кірістік және шығыстық кедергілер мәндері түрінде кешенді сипаттмаға ие болады және жиілік функциясы болып табылады. Ақырғы тәуелділік әсіресе периодсыз сигналдың күшейткіш құралының кірісінде әсер ету жағдайында маңызды.

- Күшейткіштің шығыстық куаты - бұл жүктемеде ұзақ уакытта белгіленетін куаттың бөлігі.

- Гармоникалық коэффициент (сызықсыз емес бұрмалау коэффициенті) КГ сызықсыз емес бұрмалау шамасын сандық бақылау үшін кызмет етеді.

Шығыстық сигналда негізгі жоғары гармоникалық шама қатынасы күшейткіш кірісіне синусоида береді:









мұнда А2… Аn – екіншіден бастап шығыстық сигнал жоғары гармониканың әсер ету мәні;

А1 – шығыстық сигналдың алғашқы гармоникасының әсер ету мәні.

- Жеке бұрмалау коэффициент сандық тең:

M = K0 / Kf ,

мұнда Kf –берілген жиілікте күшейтудің коэффициентінің модулі.


  • Резисторный усилитель
  • Дифференциальный
  • Усилитель мощности
  • Режимы рпботы каскадов

Күшейткіштердегі кері байланыс


Кері байланыспен қамтылған күшейткіш

Кері байланыс ілмегі деп ОК тізбегінен тұратын және нүктелер арасындағы күшейткіштің арасында болатын тұйыкталған контур.

Жергілікті кері байланыс деп жекелеген каскадтарды немесе күшейткіштің бөліктерін қамтитын ОЖ, ал жалпы кері байланыс - ОЖ, барлық күшейткішті қамтиды.

ОЖ нұсқалары:

ОЖ нұсқалары:

- тек қана шығыстық сигналды құраудың баяу өзгеруі үшін;

- оның тек кана айнымалы құраушысынан;

- барлық шығыстық сигнал үшін.

Бұл жағдайда ОЖ тұрақты, айнымалы, сонымен катар тұрақты және айнымалы тоқ бойынша таралуы мүмкін.

ОЖ кернеу бойынша тарату:

Тоқ бойынша ОЖ

Тоқ бойынша ОЖ

Кері байланыс сигналын жүргізу тәсілі бойынша ажыратады:

- ОЖ сигнал кернеуі кірістік кернеумен қосылған кездегі тізбектелген сұлба;

- ОЖ тізбегі тоғы кірістік сигнал тоғымен қосылғандағы ОЖ параллель сұлбасын жүргізу.

- ОЖ тізбегі тоғы кірістік сигнал тоғымен қосылғандағы ОЖ параллель сұлбасын жүргізу.




Кері байланыс әсерінің дәрежесін сапалы бағалау үшін кірістік күшейткішке шығыстық сигналдың кандай бөлігі түсетінін көрсететін кері байланыс коэффициенті :



βU = UОЖ / U шығ, βI = IОЖ / I шығ;

Сонымен катар жіптік күшейту коэффициенті:

K ,

және

(1 - K )



- кері байланыс тереңдік.

Тізбектелген ККБ оң фактор болып табылатын кірістік кедергіні өсіреді:

Тізбектелген ККБ оң фактор болып табылатын кірістік кедергіні өсіреді:

Zкір ОЖ = Zкір / (1 + βK),

мұнда Zкір ОЖ, Z кір – ОЖ-сіз және ККБ мен сәйкес күшейткіштің кірістік кедергісі .

Параллель ККБ күшейткіштің кірістік кедергісін Zкір в (1 + K) рет азайтады.

ККБ әсері күшейткіштің сипаттамасын жақсартады: күшейту коэффициентінің тұрақтылығын жоғарлату; кірістік кедергіні жоғарлатып және шығыстық кедергіні азайту (кернеу бойынша тізбектелген ККБ ), кірістік азайтып және шығыстықты жоғарлату (тоқ бойынша параллельді ККБ); күшейткіштің жіберу жолағын кеңейту; сұлбада сызықсыз, жиіліктік және фазалық бұрмалауды азайту ; өздік кедергінің деңгейін азайту.

Тұрақты тоқ күшейткіштері

Электронды вольтметрлерде, осциллографтарда және т.б. аспаптарда колданылады.

Екі топка бөлінеді :

- сигнал спектрін түрлендіретін күшейткіштер ;

- сигнал спектрін түрлендірмейтін күшейткіштер .


М – модулятор; СМК – сиганлды модульдеу күшейткіші;

ДМ – демодулятор; ТККК – тірек кернеуінің корек көзі;

Ф – фильтр; ОС – кері байланыс тізбегі.

Түрлендірусіз ТТК

Түрлендірусіз ТТК


а – инвертирлеуші күшейткіш; б - инвертирлемейтін күшейткіш.

Инвертирлеуші күшейткіш коэффициенті үшін:



мұндағы  = R1 /(R1 + R2).

Кірістік және шығыстық кедергі тең:

Кірістік және шығыстық кедергі тең:


Инвертирлемейтін күшейткіш үшін күшейту коэффициенті

Кірістік кедергі тең:

где

RСФ - синфазалы сигналға кірістік кедергі .

Егер

    KОС   K

  R1 R2/(R1+R2) RВХ,

онда

Айнымалы тоқ күшейткіштері

Күшейткіш сұлбасы бойынша құрылады :

- тәуелсіз байланыспен;

- резистивті-сыйымдылықты байланыспен.

Бірінші жағдайда күшейткіштің жіберу жолағы тек кана жоғарыдан шектелген. Екіншіде жіберу жолағында жоғарыдан және төменнен шектеу болады (дрейф әсерін есептеу кезінде тек жеке каскад жұмысы үшін карастырылады ).

Айнымалы тоқ күшейткіштерінде кателіктің болу салдары болып

1) Сұлбаның пассивті және белсенді элементтерінің өздік шуының болуы;

2) Күшейткішке сыртқы кедергілердің әсері;

3) Өзгеру есебінен күшейткіштің коэффициентініңз болуы: уакыт бойынша сұлбаның белсенді және пассивті элементтері касеттері; күшейткіштің колдану шартына байланысты; сигналдың формативсіз параметрлеріне.

Бірінші екі себептер нөлдік кателіктерге әкеліп сағадыы, ал үшіншісі – мультипликативті кателікке.

Мультипликативке сигналдың кірістік кернеуден тәуелсіз сызықсыз бұрмалауының бар болуынан болатын кателік жатады. Бқл тәуелсіздікті сызықсыз деп айтуга болады.

Ережеге сәйкес күшейткіштердің кателіктері екімүшелі формуламен нормаланады.

Күшейткіште сызыөсыз бұрмалаудан баска сызықты бұрмалау болады, ол мәнінен байланысты сигналдан тәуелсіз, ал оның өзгеру жылдамдығына, спектрінен тәуелді болады. Сызықты бұрмалауды көбіне жиілікті деп атайды.

Күшейткіште сызыөсыз бұрмалаудан баска сызықты бұрмалау болады, ол мәнінен байланысты сигналдан тәуелсіз, ал оның өзгеру жылдамдығына, спектрінен тәуелді болады. Сызықты бұрмалауды көбіне жиілікті деп атайды.

Жиіліктік бұрмалауға негізделген күшейткіштің кателігі динамикалыққа жатады. Жиіліктік бұрмалауды талдау үшін АЖС және ФЖС колданылады.

Өлшеу кұралдарының күшейткіштерінде шектік жиілікте күшейту коэффициентінің өзгеруі орташа жиілікте оныі міндерімен салыстырғанда 1 – 6, 10% аз болады.

Ұсынылатын әдебиеттер

1. Информационно-измерительная техника и электроника: учебник для студ. высш. учеб. заведений / [Г. Г. Раннев и др.]; под ред. Г. Г. Раннева – М.: Издательский центр «Академия», 2009. – 512 с.

2. Павлов В. Н., Ногин В. Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебник для вузов. – М.: Горячая линия–Телеком, 2001.– 320 с.

3. Лаврентьев Б.Ф. Схемотехника электронных средств. Учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений / Б.Ф. Лаврентьев – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 336 с.

4. Аналоговые электроизмерительные приборы: Учебное пособие для вузов по специальности "Информационно-измерительная техника" /Бишард Е.Г. и др. –2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1991. – 415 с.

5. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат, 1988. – 304 с.

6. Операционные усилители и компараторы. Справочник. – М., Издательский дом "Додэка - XXI", 2002.

СӨЖ үшін тапсырмалар

1. Өлшеу құралдарында күшейткіштер кандай функциялар орындайды?

2. Өлшеу кұралдарында күшейткіштердің кандай түрлері колданылады?

3. Өлшеу күшейткіштеріне кандай талаптар койылады?

4. Дифференциалды күшейткіш дегеніміз не?

5. Кең жолакты күшейткіш дегеніміз не? Импульсті күшейткіш? Сайлаушы күшейткіш?



Достарыңызбен бөлісу:




©www.engime.org 2020
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет