Твердотельная электроника (лекция 8)

1.

Нижегородский государственный технический университет
Образовательно-научный
Кафедра «Промышленная
институт электроэнергетики
электроника»
Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»
Твердотельная электроника
Лекция 8
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.
слайд 1

2.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Промышленная электроника»
8.1 Классификация и основные технические показатели усилителей.
Устройство, предназначенное для усиления электрических сигналов, называется
электронным усилителем.
Основной классификацией усилителей является классификация по диапазону
усиливаемых частот:
1.
Усилители низкой частоты (УНЧ) – диапазон усиливаемых частот от 10Гц до 100кГц.
2.
Усилители высокой частоты (УВЧ) – диапазон усиливаемых частот от 100кГц до
100МГц.
3.
Усилители постоянного тока (УПТ). Они могут усиливать постоянный ток. Диапазон
усиливаемых частот от 0Гц до 100кГц.
4.
Импульсные усилители (ИУ) – широкополосные импульсные- и видеоусилители.
Частотный диапазон усиливаемых частот от 1кГц до 100кГц.
Избирательные, или резонансные усилители – это усилители, работающие в узком
диапазоне частот.
5.
«Твердотельная электроника».
лекция8
Курс лекций.
слайд 2

3.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Промышленная электроника»
8.1.1 Основные технические показатели усилителей:
1. Коэффициент усиления.
К
U вых
U вх
Если коэффициент усиления недостаточен, применяются многокаскадные усилители.
Рис.1 Каскадное соединение усилителей
В многокаскадных усилителях общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов
усиления каждого каскада.
2. Входное и выходное сопротивление.
Рис.2 Эквивалентная схема усилителя
«Твердотельная электроника».
лекция8
Курс лекций.
слайд 3

4.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Промышленная электроника»
3. Выходная мощность и КПД усилителя.
U вых 2
Рвых
Rн
Рвых
100%
Рист
4. Уровень собственных шумов
состоит из следующих составляющих:
• Тепловые шумы при нагревании сопротивлений, ёмкостей.
• Шумы усилительных элементов.
• Шум за счёт пульсаций источника питания.
5. Диапазон усиливаемых частот
Это полоса частот, в которой выходное напряжение уменьшается не более чем до 0,7 своей
максимальной величины.
6. Искажения усилителя
Возникают за счёт нелинейности характеристик транзисторов. Искажения происходят за счёт появления
в спектре сигнала высших гармонических составляющих, и характеризуется коэффициентом
нелинейных искажений (коэффициентом гармоник):
Кг
U 2 2 U 32 ... U n 2
U1
100%
«Твердотельная электроника».
лекция8
Курс лекций.
слайд 4

5.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Промышленная электроника»
8.1.2 Характеристики усилителей:
1. Амплитудная характеристика – это зависимость амплитуды выходного сигнала от
амплитуды входного сигнала. Uвых = f (Uвх).
.
Рис.3 Амплитудная характеристика
усилителя
.
2. Динамический диапазон:
Д 20 lg
U вх.max
ДБ
U вх.min
«Твердотельная электроника».
лекция7
Курс лекций.
слайд 5

6.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Промышленная электроника»
3. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) представляет собой зависимость амплитуды
выходного сигнала от частоты при постоянной амплитуде входного сигнала.
Uвх = f (F) при Uвх = Const.
Часто АЧХ представляют в виде зависимости Кu = f (F) при Uвх = Const
Рис.4 АЧХ усилителя
4. Зависимость коэффициента усиления от частоты характеризуется коэффициентом
частотных искажений.
М нч
М вч
К срч
К нч
К срч
К вч
Рис.5 Определение Кнч и Квч по АЧХ
«Твердотельная электроника».
лекция8
Курс лекций.
слайд 6

7.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Промышленная электроника»
5. В радиоэлектронике часто применяют нормированные АЧХ. Нормированная АЧХ представляет
собой следующую зависимость:
Ки
f ( F ), U вх const
К и .max
Рис.6 Нормированная АЧХ
6. Фазовая характеристика – это зависимость разности фаз между входными и выходными
сигналами от частоты. φ = f (F).
Рис.7 ФЧХ усилителя
«Твердотельная электроника».
лекция8
Курс лекций.
слайд 7

8.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Промышленная электроника»
8.2 Обратная связь в усилителе.
Обратной связью в усилителе (в целом) или же в отдельно взятом каскаде называется такая связь
между входом и выходом, при которой часть энергии усиленного сигнала с выхода передаётся на вход.
8.2.1 Виды обратной связи.
По способу своего возникновения:
• Внутренняя ОС возникает за счёт внутренних свойств элементов схемы.
• Паразитная ОС возникает 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:
• Положительная ОС – сигнал на вход усилителя через цепь ОС поступает в фазе
со входным сигналом.
• Отрицательная ОС– сигнал, проходя цепь ОС, будет подаваться в противофазе
с входным сигналом.
«Твердотельная электроника».
лекция8
Курс лекций.
слайд 8

9.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Промышленная электроника»
По способу подключения ОС к выходу усилителя:
• ОС по току
• ОС по напряжению
По способу подключения ОС к входу усилителя:
• Последовательная ОС
• Параллельная ОС
Рис.8 Параллельная и последовательная ОС
Рис.9 Последовательная ОС по напряжению
«Твердотельная электроника».
лекция8
Курс лекций.
слайд 9

10.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Промышленная электроника»
8.2.2 Влияние ОС на основные показатели усилителя.
К ос
U
K вых
U вх
U вых.ос U вых.ос
U вх.ос
U вх
K ос
U вых
U вых
U1
U вых.ос U вх
Рис.10 Последовательная ОС по напряжению
(1±β ∙ К) – глубина обратной связи
K пос
K
(1 K )
U вых
U1
K ос
U вых
U вх U вых
K ос
U вых
U вх (1
Kоос
– для ПОС
U вых
)
U вх
K
(1 K )
– для ООС
«Твердотельная электроника».
лекция8
Курс лекций.
слайд 10

11.

Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Промышленная электроника»
That’s all
folks...
«Твердотельная электроника».
Курс лекций.