Cхемотехника аналоговых электронных устройств. Лекция 12

1.

ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКОЙ ОБОРОНЫ
имени МАРШАЛА СОВЕТСКОГО СОЮЗА Г.К. ЖУКОВА
Кафедра основ построения радиоэлектронных средств и систем
ДС-1320
«Cхемотехника аналоговых электронных устройств»
Тверь
2018

2.

На предыдущей лекции №11
«Методики измерения и оценки параметров АЭУ образцов
радиотехнических систем»
Были рассмотрены:
1.Методики измерения параметров аналоговых электронных
устройств.
2. Методики измерения характеристик аналоговых
электронных устройств.

3.

Структура дисциплины в 4 семестре обучения
тактические ТСУ
КШУ, военные, игры
7
8
9
10
11
12
13
Время, отводимое на
самостоятельную работу
групповые занятия
6
экзамен, зачеты
групповые упражнения
5
самостоятельная работа под
руководством преподавателя
практические занятия
4
курсовые работы (проекты,
задачи)
лабораторные работы
3
контрольные работы
семинары
2
лекции
1
В том числе учебных занятий
с преподавателем
Номера и наименование разделов и тем
Всего часов учебных занятий
Из них по видам учебных занятий
14
15
16
4 семестр
Введение ( в рамках темы 1)
Тема 1. Общие сведения об аналоговых
электронных устройствах
Тема 2. Схемотехника резисторных
усилительных
каскадов
образцов
радиотехнических систем
Тема 3. Операционные усилители
Тема 4. Схемотехника линейных и нелинейных аналоговых преобразователей
Заключение ( в рамках темы 4)
Зачет с оценкой
Итого за 4 семестр
Всего по дисциплине
16 12 8
4
4
47 34 16
4 14
13
9 6 2
18 12 6
2
2
3
6
18 6
108 70 32
108 70 32
2
4
6
6
6
8 24
8 24
Всего на дисциплину учебным планом отводится
3
12
38
38
зачетные единицы

4.

Содержание темы 2 «Схемотехника резисторных
усилительных каскадов образцов радиотехнических систем»
Вид занятия
Лекция № 5
Время
Тема занятия
2 Схемотехника резисторных усилительных каскадов ОЭ.ОБ,ОИ образцов РТС
Пр. занятие №3
2
Расчет и анализ параметров усилительных каскадов ОЭ, ОБ, ОИ образцов РТС
Лекция № 6
2
Схемотехника повторителей напряжения каскадов образцов РТС
Пр. занятие № 4
2
Расчет и анализ параметров повторителей напряжения образцов РТС
Лаб. работа № 1
2
Лекция № 7
2
Экспериментальное исследование каскада предварительного усиления на биполярном
транзисторе
Методики расчета и оценки основных параметров АЭУ
Пр. занятие №5
2
Лекция № 8
2
Расчет и анализ параметров усилительных каскадов образцов РТС в разных
частотных областях
Частотная коррекция усилителей образцов РТС
Пр. занятие №6
2
Расчет и анализ параметров каскадов усиления с коррекцией образцов РТС
Лекция № 9
2
Каскады усиления постоянного тока и многокаскадные усилители образцов РТС
Пр. занятие №7
Лекция № 10
Пр. занятие №8
Лаб. работа № 2
Расчет и анализ параметров УПТ и многокаскадных усилителей образцов РТС
Базовые схемные конфигурации аналоговых интегральных схем образцов РТС
Расчет и анализ
параметров базовых схемных конфигураций аналоговых
интегральных схем образцов РТС
Экспериментальное исследование и измерение параметров многокаскадного
усилителя
Лекция №11
Методики измерения и оценки параметров АЭУ образцов РТС
Лекция №12
Схемотехника оконечных каскадов образцов РТС
Пр. занятие № 9
Расчет и анализ параметров оконечных каскадов образцов РТС

5.

Тема №2
Схемотехника резисторных усилительных
каскадов образцов радиотехнических систем
Лекция №12:
«Схемотехника оконечных каскадов образцов
радиотехнических систем»

6.

ДС – 1314
«Электроника»
ДС – 1313
«Радиоматериалы и
радиокомпоненты»
ДС – 1320
Тема № 2
•ОК и ТП РЭС;
•УГ и ФС;
•УП и ОС;
•УП № 3.
ДС – 1315
«Основы теории
цепей»

7.

Объекты профессиональной деятельности»

8.

Оконечные каскады РЛС Гамма -ДЕ
Внешний вид АФАР РЛС PJIC 67Н6Е
Общий вид усилителя мощности АФАР
РЛС PJIC 67Н6Е
Схема АФАР PJIC 67Н6Е
Схема усилителя мощности АФАР РЛС PJIC 67Н6Е

9.

Формируемые компетенции:
способностью учитывать в профессиональной деятельности современные
тенденции развития электроники (ОПК-7);
способностью
собирать,
обрабатывать,
анализировать
и
систематизировать
научно-техническую
информацию
в
сфере
профессиональной деятельности, использовать достижения отечественной и
зарубежной науки, техники и технологии (ОПК-9);
способностью проводить сбор, обработку, анализ, систематизацию научнотехнической информации, анализировать отечественный, зарубежный опыт
в сфере профессиональной деятельности (ПК-11).
В результате обучения по дисциплине курсант должен:
а) в соответствии с требованиями ПООП
ЗНАТЬ:
основы схемотехники аналоговых электронных устройств;

10.

дать режимы работы и параметры оконечных
каскадов;
раскрыть типовые схемы и принцип функционирования оконечных каскадов.

11.

1. Режимы работы и основные параметры оконечных
каскадов.
2. Типовые схемы и принцип функционирования
однотактных и двухтактных оконечных каскадов.

12.

Основная
Павлов В.Н. Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учебник для ВУЗов М: Горячая линия –
Телеком, 2001 с. 138-151 (Л.1/о)
Хаперский А.В. Схемотехника аналоговых электронных
устройств. Учебное пособие. [Электронный ресурс].Учебное
пособие. Тверь: ВА ВКО, 2016. URL:htpp://ibook. academy.org/#
Эл.2/о.м.1.4.1, м.1.4.2.
Дополнительная
Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая
электроника. (Полный курс). Учебник для ВУЗов. М: Горячая
линия -Телеком 2000, 262-275,297-299. (Л.1/д)

13.

14.

15.

16. Проверка готовности курсантов к занятию

17.

18.

Оконечный каскад (ОК) -это усилитель, который обеспечивает
необходимую мощность выходного колебания на нагрузке
усилителя.
Основными режимами работы оконечных каскадов являются режимы А, В и АВ.
В режиме А исходное положение рабочей точки выбирают на
середине рабочего участка линии нагрузки (точка А),
Особенность режима: усилит. элемент не входит в режимы
отсечки и ограничения.
IК
UВХ
UП/R
К
t
А
IК.0
IБ.0
IК
t
0
UКЭ.0
UП
UКЭ

19.

В режиме В положение Р.Т. выбирают на границе режима
отсечки (точка В).
UВХ
t
IК
IК
UП/RК
А
t
IК
А
В
t
0
В
UП
UКЭ
Особенность режима:
•в положительных полупериодах UВХ усил.элемент не входит в
режим ограничения и нелинейные искажения отсутствуют;
•в отрицательных полупериодах усил.элемент оказывается в
режиме отсечки, что приводит к нелинейным искажениям.

20.

Режим АВ занимает промежуточное положение между режимами А и В (точка АВ).
Особенность режима: меньшие нелинейными искажениями,
чем режим В.
UВХ
IК
t
IК
UП/R
К
t
А
IК
АВ
0
А
IК
В
UП
UКЭ
В
t
АВ
t
Режим D -ключевой режим, при котором на вход усилителя
подаются импульсы полностью отпирающие или запирающие
усилительный элемент.

21.

коэффициент усиления мощности КР ;
выходное сопротивление RВЫХ ;
коэффициент полезного действия (КПД)
Рвых
100%
Рпит
(2)
где Рвых - выходная мощность, отдаваемая в нагрузку;
Рпит- мощность потребляемая от источника питания.
коэффициент нелинейных искажений (гармоник)
kг
2
U 22 U 23 ...Um
U1
100%
(3)
где U1 -действующее значение напряжения основной частоты сигнала; U2,U3,...,Um- действующие значения напряжений второй, третьей и m-ой гармоник

22.

1) Обеспечение высокого КПД
Наименьшим значением КПД характеризуется режим А
( 50%), а наибольшим -режим В ( 78,5%).
2) Получение максимальной мощности в нагрузке
Условием получения максимальной мощности в нагрузке
RВЫХ. ОК=RН .
3) Обеспечение минимальных нелинейных искажений
Использование линейного участка линии нагрузки.

23.

1. В оконечных каскадах применяются режимы работы А, В
или АВ, отличающиеся исходным положением рабочей
точки, значением КПД и уровнем нелинейных искажений.

24.

ТИПОВЫЕ СХЕМЫ И ПРИНЦИП
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ОДНОТАКТНЫХ ОКОНЕЧНЫХ
КАСКАДОВ

25.

Однотактный каскад усиление - усилитель осуществляющий
усиление одним усилительным прибором.
Трансформаторные оконечные каскады обычно используются
при работе на низкоомную нагрузку, обеспечивая RВЫХ = RН .
Назначение элементов
+UП
VT – усилительный элемент
СР – разделительный конденсатор, для
RН
Тр
R1
развязки входа каскада по постоянному
СР
току
R1,R2 – резистивный делитель напряжеVT
ния, для задания режима по постоянному
R2
СЭ
току
RЭ
Тр – трансформатор коллекторной нагрузки, для развязки выхода каскадов по постоянному току
UП – источник питания
СЭ ,RЭ – цепь эмитетрной стабилизации. Rэ создает в каскаде
последовательную ООС по току. Сэ устраняет эту ООС на
переменном токе блокируя Rэ на переменном токе

26.

Принцип действия однотактного оконечного каскада
Uвх
+UП
R1
RН
Тр
Uбэ
Uбэ.0
t
Iб
t
Iб.0
СР
Iк
VT
R2
RЭ
t
Iк.0
СЭ
Iн
t
t
согласное включение обмоток
встречное включение обмоток
Uн
t
При Uвх=0 Iк.0 =const Ф=const евз=0 Iн=0 Uвых=0
При Uвх 0 Iк.0 =var
Ф=var
евз 0 Iн 0 Uвых 0

27.

Недостатки однотактного трансформаторного каскада
1. Низкий КПД.
2. Постоянное подмагничивания сердечника трансформатора
током Iк.0 приводит к нелинейным искажениям сигнала
Оконечные каскада при работе на высокоомную нагрузку
Каскад с общим эмиттером
+
RБ1
RК
Каскад с общим истоком
+
UП
R1
Rс
Uп
CР
VT
Ср
VТ
UВЫХ
UВХ
RБ2
RЭ
CЭ
Uвх
R2
Rи
Си
Uвых

28.

Бестрансформаторный однотактный ОК при работе на
низкоомную или емкостную нагрузку
Эмиттерный
повторитель
Истоковый
повторитель
+U1
+ Uп
Ср
VT
VТ
UВЫХ
UВХ
RЭ
.
U2
Uвх
RЗ
RИ
Uвых

29.

Двухтактный каскад - каскад из двух половин, называемых плечами и напряжение на нагрузке получают путем взаимного
вычитания выходных колебаний плеч.
Назначение элементов
Т1 -входной трансформатор
разделительная
цепь,
VТ1
T2
обеспечивающая противоT1
UП
фазность напряжений UБЭ1
R1
+
и UБЭ2.
Uвх
U
R
вых
R2
VТ2
Двухтактный трансформаторный
оконечный каскад
н
R1,R2 – резистивный делитель
напряжения,
для
задания
режима по постоянному току
Т2 – выходной трансформатор,
для развязки выхода каскадов
по постоянному току

30.

Принцип действия двухтактного оконечного каскада
VT1 больше
открывается
закрывается
−
+
Iк1
VТ1
Iб1
T1
R1
UВХ=0
UП
T2
+
Uвых
Iб2 R2
+
−
Iк2
VТ2
VT2 больше
открывается
закрывается
Rн
Uвх
Iб1
t
Iб2
t
Iк1
t
Iк2
t
Iн
t
t
Uвых
t
При Uвх=0 Iк.1,2 =const Ф=const евз=0 Iн=0 Uвых=0
При Uвх 0 Iк.1 Iк.2 Ф=var
евз 0 Iн 0 Uвых 0

31.

Достоинствами двухтактного трансформаторного каскада:
являются высокий КПД;
отсутствие постоянного подмагничивания сердечника трансформатора Т2.
Недостатки двухтактных трансформаторных каскадов:
необходимость обеспечения симметрии его плеч;
большие габариты и масса.

32.

Схема бестрансформаторного оконечного каскада
Назначение элементов
+
RК
VT2
UП
VT1 – усил. каскад ОЭ с фиксированным напряжением базы;
С
RЭ – резистор эмиттерной стабилизаRб1
VD
ции, создающий ООС по постоянному
VT3
току;
VT1
СР
СЭ – конденсатор шунтирующий RЭ
RН
UВЫХ по переменному току;
UВХ R
RЭ
СЭ
RБ1,RБ2 –делитель задающий режим
б2
по постоянному току;
RК-резистор коллекторной нагрузки
каскада с ОЭ;
СР – разделительный конденсатор для развязки оконечного
каскада по постоянному току;
VD- диод создает смещение между базами VT2 и VT3 и
обеспечивает температурную стабилизацию этих транзисторов.
VT2,VT3- комплементарная пара транзисторов по переменному
току включены по схеме ОК, образуя двухтактный ЭП с
сопротивлением RН.
С – конденсатор -источник питания VT3, для снижения частотных
искажений на НЧ.
RН – резистор нагрузки каскада.

33.

Принцип действия бестрансформаторного ОК
+
Uвх
UП
RК
Rб1
СР
0,6В
VT1
Uбэ2
VT2
VD
VT3
RН
UВХ
Rб2
RЭ
Uбэ3
С
СЭ
UВЫХ
Iк1
Iк.01
Iк2
Iк.02
Iн
t
t
t
t
t
t
Uвых
t
В исходном состоянии VT1 и через него протекает ток коллектора.
За счет падения напряжения на открытом диоде
VT2 и VT3 на грани отсечки (режим В).
Токи IК1= IК2, но за счет конденсатора С ток IН =0 и UВЫХ.0=0.

34.

Принцип действия бестрансформаторного ОК
+
Uвх
UП
RК
СР
Uбэ2
VT2
VT1
Iк2
VT3
RН
UВХ
Rб2
RЭ
t
Uбэ3
С
VD
Rб1
t
t
Iк.02
Iк3
Iк.03
Iн
UВЫХ
СЭ
t
t
t
Uвых
+
t
В положительном полупериоде UВХ VT1 закрывается (VК1 ),
VT2- открывается и входит в активный режим
VT3- закрывается.
С заряжается по цепи +UП RН С VT2 UП
Ток заряда протекает через RН снизу вверх.

35.

Принцип действия бестрансформаторного ОК
+
Uвх
UП
RК
VT1
+ Iк2
VT3
RН
UВХ
Rб2
RЭ
Uбэ3
С
VD
Rб1
СР
Uбэ2
VT2
Iк.02
Iк3
Iк.03
Iн
UВЫХ
СЭ
t
t
t
t
t
t
Uвых
В отрицательном полупериоде UВХ VT1 открывается (VК1 ),
VT3- активный режим
VT2 -закрывается.
С становится источником UП для VT3и разряжается по цепи
+С RН VT3 С
Ток заряда протекает через RН сверх вниз.
t

36.

Схема бестрансформаторного ОК на МДП-транзисторах
RВД
СВД
R1
UВХ
VT3
RС
+UП
UВЫХ
RСМ
С2
СР
VT2
R2
RН
VT1
Достоинствами бестрансформаторных ОК являются:
меньшие габариты и масса;
широкая полоса пропускания, меньшие частотные искажения;
малое выходное сопротивление.

37.

В современной РЭА предпочтение отдается бестрансформаторным двухтактным каскадам, которые при тех же
положительных качествах, что и трансформаторные
двухтактные
каскады,
характеризуются
меньшими
габаритами, массой и более широкой полосой пропускания .

38.

Отработать лекцию, используя л1/о с.138-151, л.1/д с.262-275,
297-299, Эл.2/о м.4.1., Эл.2/о м.4.2.. Подготовиться к
практическому занятию №9 «Анализ и расчет оконечных
каскадов».
Ответить на контрольные вопросы: