Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Простейшие элементы электронных устройств, это:
1) Конденсатор – устройство с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью, способное накапливать энергию в электрическом поле. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (обкладки), разделённых диэлектриком, толщина которых меньше размера обкладок.
Основные параметры:
По виду диэлектрика конденсаторы бывают:
2) Дроссель или катушка индуктивности – (обычно имеет цилиндрическую или спиральную форму, 1 или многослойный) предназначен для обеспечения большого сопротивления для переменных токов и малого – для постоянных низкочастотных. Дроссель обладает так же способностью накапливать энергию, но не в электрическом, а в магнитном поле. Ведёт себя подобно конденсатору, за исключением того, что рассматривать нужно не напряжение, а ток.
Если подключить параллельно дроссель и конденсатор то получится колебательный контур.
3) Диод (p-n переход) – двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу – катодом.
Обратный ток диодов общего назначения измеряется в наноамперах, поэтому им пренебрегают, пока обратное напряжение не достигнет напряжения пробоя.
P имеет электронную проводимость (лидирована донорной примесью)
N имеет дырочную проводимость (лидирована акценнторной примесью)
Различают несколько разновидностей диодов:
Параметры диода:
4) Резистор — пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома.
В зависимости от назначения делят на группы:
Любой резистор является источником тепловых шумов. Номинальное сопротивление резисторов должно соответствовать одному из 6 рядов Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192.
При последовательном соединении резисторов их сопротивления складываются:
R=R1+R2+R3…
При параллельном соединении резисторов складываются величины, обратно пропорциональные сопротивлению (то есть общая проводимость складывается из проводимостей каждого резистора )
Мощность выделяемая резистором P=I2R
Закон Ома: Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку. – для линейной цепи, где ток зависит от напряжения (R=const)
Закон Ома для полной цепи: Сила тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС источника.
Одна и та же марка микросхем может выпускаться разных видов. Тип микросхемы обычно указывается на корпусе, и состоит из номера серии и функционального обозначения. Например: К155ТЛ1 – триггер Шмидта. Параметры микросхем подразделяют на общие и конкретные для каждого типа микросхемы.
Делитель напряжения — устройство для деления постоянного или переменного напряжения, в котором входное и выходное напряжения связаны коэффициентом передачи .
Строится на основе активных, реактивных или нелинейных сопротивлений. Его можно представить как 2 участка цепи, называемых плечами, сумма напряжений на которых равна входному напряжению. Плечо между нулевым потенциалом и средней точкой называют нижним, а другое – верхним. Различают линейные и нелинейные делители напряжения. В линейных выходное напряжение изменяется по линейному закону в зависимости от входного. Такие делители используются для задания потенциалов и рабочих напряжений в различных точках электронных схем. В нелинейных делителях выходное напряжение зависит от коэффициента а нелинейно. Они применяются в функциональных потенциометрах.
Сопротивление может быть как активным, так и реактивным.
Потенициометр - это переменный резистор с тремя выводами. Центральный вывод соединен с подвижным контактом, который может соединяться с любой точкой резистивного элемента, позволяя гасить часть полного приложенного напряжения. Подвижный контакт может перемещаться от одного конца резистивного элемента к другому, позволяя выбирать любое значение напряжения между напряжением входного источника и нулем. Потенциометры широко используются в электронных схемах, поскольку с их помощью удается точно выполнить настройку выходного напряжения, желательного для конкретного применения.
Простейший резистивный делитель напряжения представляет собой два последовательно включённых резистора R1 и R2, подключённых к источнику напряжения U. Поскольку резисторы соединены последовательно, то ток через них будет постоянен. Падение напряжения (уменьшение потенциала при перемещении заряда от одной точки цепи до другой её точки) на каждом резисторе согласно закону Ома будет пропорционально сопротивлению: .
Сопротивление нагрузки делителя напряжения должно быть много больше собственного сопротивления делителя, чтобы в расчетах этим сопротивлением можно было пренебречь.
Делители напряжения используются как электромеханическое запоминающее устройство АВМ.
Расчёт выходного напряжения:
Эта формула предполагает, что в схеме нет нагрузки.
Если параллельно резистору R2 подключена резистивная нагрузка с конечным сопротивлением, выходное напряжение будет меньше, чем вычисленное, по формуле. Если сопротивление нагрузки приближается к сопротивлению R2, нагрузка будет отбирать все больше и больше тока из схемы. Это приведет к перераспределению падений напряжения в схеме, и выходное напряжение будет уже значительно отличаться от рассчитанного в соответствии с приведенной выше формулой напряжения.
Для определения выходного напряжения делителя при наличии нагрузки можно использовать стандартные методы расчетов в соответствии с законами Ома и Кирхгофа.
Правило: сопротивление нагрузки должно в десять или более раз превышать сопротивление R2. Чем выше значение сопротивления нагрузки по отношению к R2, тем ближе выходное напряжение будет к значению, рассчитанному в соответствии с приведенной ранее формулой.
Дио́д — двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом.
Основные параметры и характеристики диодов:
Типы диодов по назначению
Диоды бывают полупроводниковые (с p-n переходом) и не полупроводниковые.
Расчеты для выпрямителей.
Для оценки пульсаций выпрямленного напряжения используют коэффициент пульсаций:
(2.1)
где - амплитуда основной гармоники в выпрямленном напряжении.
- среднее значение выпрямленного напряжения.
Качество работы сглаживающего фильтра оценивают коэффициентом сглаживания
(2.2)
где , - коэффициенты пульсаций на входе и выходе фильтра. Функцию вида:
(2.3)
где - ток через нагрузку, называют нагрузочной характеристикой выпрямителя.
Выпрямитель (электрического тока) — устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.
Однополупериодные выпрямители пропускают в нагрузку только одну полуволну.
Простейшая схема однополупериодного выпрямителя состоит только из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе — пульсирующий постоянный ток. На промышленных частотах (50—60 Гц) не имеет широкого применения, так как для питания аппаратуры требуются сглаживающие фильтры с большими величинами емкости и индуктивности, что приводит к увеличению габаритно-весовых характеристик выпрямителя. Однако схема однополупериодного выпрямления нашла очень широкое распространение в импульсных блоках питания с частотой переменного напряжения свыше 10 КГц, широко применяющихся в современной бытовой и промышленной аппаратуре. Объясняется это тем, что при более высоких частотах пульсаций выпрямленного напряжения, для получения требуемых характеристик (заданного или допустимого коэффициента пульсаций), необходимы сглаживающие элементы с меньшими значениями емкости (индуктивности). Вес и размеры источников питания уменьшаются с повышением частоты входного переменного напряжения.
Выбор диода для такой схемы сводится к следующих требований:
где - рабочий ток схемы, зависящий от величины нагрузки ().
- входное напряжение схемы определяемое параметрами понижающего трансформатора.
, – допустимый прямой ток и обратное напряжение - основные эксплуатационные параметры диода (выбираются из справочной литературы).
Недостатки:
Преимущества: Экономия на количестве вентилей.
Наибольшее распространение получила мостовая схема двухполупериодного выпрямителя. Схема состоит из силового трансформатора ТР и четырёх диодов Д1 – Д4. К диагонали моста ac подключена вторичная обмотка трансформатора, к диагонали bd – сопротивление нагрузки RH.
В положительный полупериод напряжения U2, когда потенциал точки а выше потенциала точки с, открыты диоды Д1 и Д3 и ток проходит по цеп: точка а, диод Д1, сопротивление нагрузки RH, диод Д3, точка с.
В отрицательный полупериод напряжения U2 открыты диоды Д2 и Д4 и ток проходит по цепи: точка с, диод Д2, RH, диод Д4, точка а. Через сопротивление нагрузки RH ток проходит все время в неизменном направлении.
Постоянная составляющая тока нагрузки I0 определяется средним значение тока iH:
Преимущества:
Недостатки:
Стабилитрон — полупроводниковый диод, предназначенный для поддержания напряжения источника питания на заданном уровне. По сравнению с обычными диодами имеет достаточно низкое регламентированное напряжение пробоя (при обратном включении) и может поддерживать это напряжение на постоянном уровне при значительном изменении силы обратного тока.
На принципиальных электрических схемах позиционное обозначение стабилитронов - VD (ГОСТ 2.710-81), а в англоязычных странах - ZD.
В основе работы стабилитрона лежат два механизма:
Параметры:
Стабилизатор напряжения – устройство, поддерживающее автоматически постоянное напряжение на нагрузке при изменении дестабилизирующих факторов (входное напряжение и сопротивление нагрузки, которые изменяются в процессе работы устройства).
Существует два метода стабилизации напряжения: параметрический и компенсационный.
Работа параметрического стабилизатора основана на свойствах полупроводникового диода, а точнее на одной из его разновидностей - стабилитрона.
В стабилитронах используется явление электрического лавинного пробоя. Входное напряжение через ограничительный резик Rбал подводится к параллельно включенным стабилитрону и сопротивлению нагрузки. Поскольку напряжение на стабилитроне меняется незначительно, то и на нагрузке оно будет иметь тот же характер. При увеличении входного напряжения практически все изменение Uвх передается на Rбал, что приводит к увеличению тока в нем. Увеличение этого тока происходит за счет увеличения тока стабилизации при почти неизменном токе нагрузки. Другими словами, все изменение входного напряжения поглощается в ограничительном (балластном) резике.
Часто стабилитрон работает в таком режиме, когда напряжение источника нестабильно, а сопротивление нагрузки постоянно. Для нормального режима стабилизации сопротивление резика Rогр должно иметь определенное значение. Если напряжение Uвх гуляет от Umin до Umax, то для расчета Rогр можно воспользоваться формулой:
Rогр = (Uвх.ср - Uст)/(Iср + Iн),
где Uвх.ср = 0.5(Uвх.min + Uвх.max) - среднее значение напряжения источника, Iср. = 0.5(Imin + Imax) - средний ток стабилитрона, Iн = Uн/Rн - ток нагрузки. При изменении входного напряжения в ту или иную сторону будет изменяться ток стабилитрона, на напряжение на нем, следовательно и на нагрузке будет оставаться постоянным.
Так как все изменения напряжения источника гасятся в Rогр, то наибольшее изменение напряжения (Uвх. max - Uвх.min = ΔUвх) должно соответствовать наибольшему возможному изменению тока, при котором еще сохраняется стабилизация (Imax - Imin = ΔIст). Отсюда следует, что стабилизация будет осуществляться только при соблюдении условия:
ΔUвх ≦ ΔIстRогр
Бывает режим стабилизации, когда входное напряжение постоянно, а сопротивление нагрузки изменяется, т. е. гуляет от Rн.min до Rн.max. Для такого режима Rогр определяется по формуле:
Rогр = (Uвх - Uст)/(Iср + Iн.ср),
где Iн.ср = 0.5(Iн.min + Iн.max), причем Iн.min = Uст/Rн.max, а Iн.max = Uст/Rн.min.
Иногда необходимо получить такое напряжение, на которое стабилитрон не рассчитан. В этом случае применяют последовательное соединение стабилитронов. Тогда напряжение стабилизации будет соответствовать сумме напряжений стабилизаций последовательно включенных стабилитронов.
Помимо рассмотренной схемы применяют каскадное включение стабилитронов. Говоря проще, берут несколько вышерассмотренных схем и включают одну за другой. При этом напряжение стабилизации предыдущего стабилитрона должно быть больше, чем следующего. Такие схемы применяют для увеличения коэффициента стабилизации. Бывает еще и мостовая схема, называемая мостовой параметрический стабилизатор. Теоретически у такой схемы коэффициент стабилизации стремится к бесконечности (хотя в это верится с трудом).
Параметрический стабилизатор напряжения с усилителем мощности.n-p-n
Нагрузку воткнули через транзистор, выполняющего роль усилителя мощности.
Такая схема при малых и средних токах нагрузки работает как стабилизатор, а при больших токах нагрузки - как транзисторный фильтр.
Тип транзистора в схеме выбирается из учета мощности нагрузки. У составного транзистора коэффициент передачи равен произведению коэффициентов передачи каждого транзистора. То есть берем два не очень хороших транзистора с коэффициентом усиления, скажем, 100, делаем составной и получаем транзистор с коэффициентом передачи 10 000.
Итак, для больших токов используют составные транзисторы, ну а для питания парочки микросхем подойдет транзистор средней и малой мощности.
Такая схема при малых и средних токах нагрузки работает как стабилизатор, а при больших токах нагрузки - как транзисторный фильтр (если параллельно стабилитрону влепить кондер). Если параллельно стабилитрону влепить переменный (подстроечный) резик, то выходное напряжение становиться регулируемым. Можно также влепить параллельно нагрузке кондер. Кондеров вообще можно повтыкать несколько штук, не повредит. Для уменьшения высокочастотной (ВЧ) составляющей выходного напряжения параллельно нагрузке втыкают кондер емкостью 0,01...1 мкФ. Это касается любых источников питания. В умных книжках пишут, что кондер должен быть керамический, хотя и бумажные, слюдяные, пленочные и прочие работают ничтяково.
Тип транзистора в схеме на рисунке 2 выбирается из учета мощности нагрузки. Например, для питания усилка (особенно большой мощности), когда ток нагрузки велик, втыкают составной транзистор. Составной транзистор - это когда берут два (или больше) транзистора и коллектор или эмиттер одного подключают к базе другого, а оставшийся вывод первого транзистора соединяют с оставшимся выводом следующего. На рисунке ниже это намного понятнее:
Это составной транзистор
И это составной транзистор
Вся фишка в том, что у составного транзистора коэффициент передачи равен произведению коэффициентов передачи каждого транзистора. То есть берем два говяненьких транзистора с коэффициентом усиления, скажем, 100, делаем составной и получаем транзистор с коэффициентом передачи 10 000.
Итак, для больших токов используют составные транзисторы, ну а для питания парочки микросхем подойдет транзистор средней и малой мощности. Даже 315-е работают вполне удовлетворительно.
Компенсационные стабилизаторы обладают более оптимальными параметрами. Работа таких стабилизаторов основана на сравнении входного напряжения с заданным стабильным. В зависимости от разности между стабильным и выходным напряжениями осуществляется автоматическое воздействие (регулирование), направленное на уменьшение этого рассогласования.
РИСУНОК 9
Стабильное (опорное) напряжение Uст создаётся на кремниевом стабилитроне Д. Транзистор Т играет роль сравнивающего и регулирующего элемента. Между эмиттером и базой действует небольшое положительное напряжение Uэб=Uст – Uвых.
Таким образом Представим себе, что напряжение на входе UВХ несколько возросло. Это увеличит напряжение на выходе UВЫХ. Следовательно, напряжение UЭБ уменьшится и уменьшится ток эмиттера, равный выходному току IВЫХ. Это обстоятельство приведёт к уменьшению выходного напряжения почти до прежнего значения. На транзисторе избыток напряжения UВЫХ упадет.
При увеличении сопротивления нагрузки схема работает точно так же. Уменьшение входного напряжения вызовет увеличение UЭБ и т.д. В конечном итоге UВЫХ почти не изменится.
Важнейшим параметром, характеризующим работу схемы стабилизатора, является коэффициент стабилизации, представляющий собой отношение относительного изменения входного напряжения к относительному изменению выходного напряжения (при RH – const):
Где UВХ и UВЫХ – номинальные значения входного и выходного напряжений.
Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и дырки.
Электрод, подключённый к центральному слою с малой толщиной, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. Главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода.
Режимы работы:
UЭБ>0;UКБ<0;
Основные параметры:
При схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу, а снимается с коллектора. При этом выходной сигнал инвертируется относительно входного. Каскад усиливает и ток, и напряжение. Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, поэтому наиболее распространено. Однако при такой схеме нелинейные искажения сигнала значительно больше. При данной схеме включения на характеристики усилителя значительное влияние оказывают внешние факторы, такие как напряжение питания, или температура окружающей среды. Обычно для компенсации этих факторов применяют отрицательную обратную связь, но она снижает коэффициент усиления.
Токи в транзисторе связаны соотношениями:
Iвых = Iк
Iвх = Iб
Uвх = Uбэ
Uвых = Uкэ
— коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером,
— коэффициент передачи тока эмиттера.
В эмиттерном повторителе используется схема включения транзистора с общим коллектором (ОК). То есть напряжение питания подаётся на коллектор, а выходной сигнал снимается с эмиттера. В результате чего образуется 100 % отрицательная обратная связь по напряжению, что позволяет значительно уменьшить нелинейные искажения, возникающие при работе. Следует также отметить, что фазы входного и выходного сигнала совпадают. Такая схема включения используется для построения входных усилителей, в случае если выходное сопротивление источника велико, и как буферный усилитель,а также в качестве выходных каскадов усилителей мощности.
Iвых = Iэ
Iвх = Iб
Uвх = Uбк
Uвых = Uкэ
Достоинства:
Недостатки:
Обратной связью называется такая связь между выходом и входом усилителя, при которой часть энергии полезного усиленного сигнала с его выхода подается на вход.
В усилителе с отрицательной обратной связью входное напряжение определяется как разность между напряжением сигнала и напряжением обратной связи: . Это выражение справедливо для постоянного напряжения. Для синусоидального сигнала равенство сохраняется только при условии, что напряжения сигнала и обратной связи находятся в противофазе.
Найдём выражение для коэффициента усиления усилителя, охваченного обратной связью: .
Так как , и , то .
Отсюда . , где K – коэффициент усиления усилителя, не охваченного обратной связью.
При отрицательной обратной связи КОС всегда меньше К. При увеличении K увеличивается напряжение обратной связи и входное напряжение падает. При уменьшении К входное напряжение увеличивается.
РИСУНОК 13.
Напряжение отрицательной обратной связи снимается с резистора R2 делителя напряжения R1R2. Если при изменении UC потенциал базы увеличивается, то потенциал коллектора уменьшается. Это уменьшение потенциала через цепь обратной связи передаётся на базу транзистора и напряжения сигнала и обратной связи оказываются в противофазе.
Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом.
Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие приборы часто включают в более широкий класс униполярных электронных приборов (в отличие от биполярных).
Преимуществом полевых транзисторов является большое входное сопротивление приборов (1010 – 1015 Ом), большая устойчивость к проникающим излучениям, малый уровень собственных шумов, малое влияние температуры на усилительные свойства.
1. Транзистор с затвором в виде p-n перехода. Основу прибора составляет слаболегированная полупроводниковая пластина р-типа, к торцам которой приложено напряжение UC, создающее ток IC через сопротивление нагрузки RH. Торец пластины, от которого движутся носители заряда, называется истоком, а к которому движутся носители заряда – стоком. На границе раздела пластин n и p возникают электро-дырочные переходы. Пластины n-типа образуют затвор.
Принцип действия полевого транзистора основан на изменении ширины обедненного слоя при изменении обратного напряжения p-n перехода. С увеличением напряжения на затворе ширина обедненных слоёв увеличивается, а поперечное сечение канала и его проводимость уменьшаются.
Таким образом, изменяя напряжение UВХ на затворе, можно менять ток через сопротивление нагрузки RH и выходное напряжение UВЫХ.
2. Транзистор с изолированным затвором. Основу прибора составляет пластина полупроводника р-типа. Этот вид транзисторов чаще называют транзисторами типа МДП (металл – диэлектрик – полупроводник). При отсутствии напряжения на затворе области n истока и стока разделены непроводящей прослойкой основной пластины. При подаче на затвор положительного напряжения электроны вытягиваются из основной пластины и скапливаются под изолирующей прослойкой. При определенной разности потенциалов концентрация электронов под диэлектриком превысит концентрацию дырок и области n будут соединены проводящим электронным каналом.
Полевые транзисторы могут быть изготовлены и на основе пластин n-типа.
Фильтр нижних частот (ФНЧ) – цепь, передающая сигналы низких частот без изменений, а верхних – с затуханием (ослаблением, т.е. с уменьшением амплитуды).
Фильтры нижних частот могут быть реализованы различными способами. Простейший фильтр — это резистор и конденсатор, соединенные между собой.
Ключевой характеристикой фильтра нижних частот является его частота отсечки (fco). Частота отсечки — это такая частота, где выходное напряжение фильтра падает до 70,7% от его максимально возможного выходного напряжения. В фильтре нижних частот выходное напряжение остается относительно постоянным по мере того, как возрастает входная частота. С приближением к частоте отсечки выходное напряжение начинает уменьшаться. Когда достигается частота отсечки, выходное напряжение понижается до 70,7% от его максимально возможного значения. Выходное напряжение продолжает убывать по мере возрастания частоты.
В фильтре нижних частот сигналы с частотой ниже fco пропускаются без ослабления или лишь с незначительным ослаблением; сигналы с частотой выше fco быстро ослабляются.
Частота отсечки простого резистивно-емкостного фильтра вычисляется при помощи следующей формулы:
fco = 1/2*3.147RC
Фильтр верхних частот — это такой фильтр, который пропускает частоты, которые больше некоторой определенной частоты отсечки, но подавляет те частоты, которые меньше частоты отсечки.
Фильтры верхних частот могут быть реализованы различными способами. Простейший фильтр — это резистор и конденсатор, соединенные между собой.
Ключевой характеристикой фильтра верхних частот является его частота отсечки (fco). Частота отсечки — это такая частота, где выходное напряжение фильтра падает до 70,7% от его максимально возможного выходного напряжения.
В фильтре верхних частот выходное напряжение имеет максимальное значение, когда входная частота с запасом превышает частоту отсечки. Когда входная частота постепенно уменьшается, выходное напряжение понижается по мере приближения к частоте отсечки. Когда достигается частота отсечки, выходное напряжение понижается до 70,7% рт его максимально возможного-значения. Выходное напряжение продолжает убывать по мере дальнейшего уменьшения входной частоты.
В фильтре верхних частот сигналы с частотой ниже fco значительно подавляются, тогда как сигналы с частотой выше fco, пропускаются с минимальным противодействием.
Частота отсечки простого резистивно-емкостного фильтра, вычисляется при помощи следующей формулы:
fco = 1/2*3.147RC
Полосовой фильтр — это частотночувствительная схема, которая пропускает узкий диапазон. частот в окрестности центральной резонансной частоты (fr)
Все другие частоты ниже или выше узкой полосы пропускания значительно подавляются.
Режекторный фильтр представляет собой противоположность полосовому фильтру. Он подавляет или устраняет сигналы, частоты которых попадают в узкий диапазон с центральной частотой fc. Все частоты выше и ниже центральной частоты фильтр пропускает с минимальным ослаблением. Режекторный фильтр иногда называют вырезающим фильтром, поскольку этот фильтр используется для вырезания или режекции мешающего сигнала одной частоты.
Имеется несколько различных способов схемной реализации полосового фильтра и режекторного фильтра. Индуктивно-емкостные резонансные схемы могут комбинироваться различными методами для создания обоих типов фильтров.
Режекторный фильтр может быть реализован и на базе индуктивно-емкостных схем, и на базе двойного Т-образного мостового фильтра. Это резистивно-емкостной режекторный фильтр, способный подавлять определенную частоту и частоты в ее окрестности. Центральная частота рассчитывается при помощи следующей формулы:
fp = 1/2*3.14RC
Полосовой фильтр Двойной Г-образный мостовой фильтр
Дифференциальный усилитель - это симметричный усилитель
постоянного напряжения с двумя входами и двумя выходами. Основным
предназначением такого усилителя является усиление разности двух
входных сигналов.
На входах дифференциального усилителя могут действовать два вида сигналов: синфазные и противофазные (дифференциальные). Синфазные сигналы подаются на оба входа усилителя одновременно, а дифференциальные сигналы прикладываются между входами. Если на оба входа действуют одновременно оба сигнала, то:
Следовательно:
В общую эмиттерную цепь включён источник стабильного тока I .
Он обеспечивает постоянство суммарной величины эмиттерных токов: I э1+ I э2= const .
При отсутствии входных сигналов ( 0 вх1 вх2 U =U = ) и при условии
идентичности параметров применяемых элементов, токи эмиттеров будут
равны друг другу, т.е. I э1= I э2= I/2. Коллекторные токи также будут равны между собой I к1= I к2, что приводит к равенству выходных сигналов и нулевому значению выходного дифференциального сигнала U вых =U вых1-U вых2=0.
Основные параметры:
Для симметричного выхода
Чем более одинаковые элементы используются в ветвях, тем больше Косс.
Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель напряжения, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми сигналами при работе в цепях с отрицательной обратной связью (ООС), в состав которых могут входить сопротивления (R), емкости (С), индуктивности (L), диоды, транзисторы и другие элементы.
Uвых
Uвх 2
Uвх 1
Uдиф
- Епит
Епит
Входные сигналы UВХ1 и UВХ2 можно подавать на любой из двух входов - инвертирующий (обозначен кружком) и неинвертирующий. Разностное напряжение (UВХ1–UВХ2 )=Uдиф. является дифференциальным входным сигналом, оно приложено между инвертирующим и неинвертирующим входами ОУ.
Выходное напряжение определяется в виде Uвых. = (Uвх1 -U вх2)*K, где К – коэффициент усиления по напряжению ОУ.
Основные параметры операционного усилителя.
ВАРИАНТ 2
Исследуемый усилитель называется операционным потому, что он может использоваться для выполнения различных математических операций над сигналами: алгебраического сложения, вычитания, умножения на постоянный коэффициент, интегрирования, дифференцирования, логарифмирования и т.д. Современный ОУ выполняется на базе интегральной микросхемы операционного усилителя, к выводам которой присоединяются источники питания, входных сигналов, сопротивление нагрузки, цепи обратной связи (ОС), коррекции частотных характеристик ОУ и другие цепи.
ОУ - это усилитель постоянного тока, имеющий большой коэффициент усиления по напряжению. Для получения возможности усиливать разнополярные сигналы ОУ запитывают, обычно симметричным, двухполярным источником питания.
На рисунке показано условное обозначение ОУ с одним выходом и двумя входами: прямым и инверсным. Инверсный вход обозначают знаком инверсии (кружком) или помечают знаком "-". Прямой вход не имеет знака инверсии или его помечают знаком "+".
Б общем случае на входные выводы ОУ подаются либо синфазный
Uсф = (Uвх1 + Uвх2)/2,
либо дифференциальный сигналы.
Uдиф = (Uвх1 - Uвх2)
ОУ предназначен для усиления небольшого разностного (дифференциального) сигнала. Синфазный сигнал схемой ОУ должен быть максимально ослаблен. Выходное напряжение Ивых находится в фазе (синфазно) с напряжением на входе "+" Uвx1 и противофазно напряжению на входе "-" Uвх2.
амплитудные характеристики ОУ
R1 R2
ОУ
Uвых
Uвх
Применяется в тех случаях, когда требуется усилить сигнал, сохранив его полярность. Усиливаемый сигнал Uвх подаётся на вход «+». Часть выходного сигнала через резистор обратной связи Rос поступает на вход «-» в виде сигнала обратной связи Uос.
Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя с обратной связью:
Где - коэффициент передачи сигнала с выхода усилителя на вход по цепи обратной связи. - глубина обратной связи.
В неинвертирующем усилителе обратная связь является обратной связью со сложением напряжений во входной цепи.
Уменьшение выходного сигнала уменьшает и сигнал обратной связи Uос, а это, в свою очередь, вызывает увеличение выходного сигнала, так как увеличивается. Следовательно, выходное сопротивление уменьшается.
ВАРИАНТ 2
В этой схеме входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ, а его инвертирующий вход с помощью делителя выходного напряжения, выполненного на резисторах R1, R2, подается напряжение ООС.
Uоос = Uвых*R2/(R1 + R2).
В схеме действует последовательная ООС по напряжению.
Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя.
Кu = 1 + R1/R2.
Входное сопротивление неинвертирующего усилителя
Rвх = Rвх оу * (1+Коу/Кu),
а выходное сопротивление
Rвых = Rвых оу /(1+Коу/Кu).
При выполнении условия R1 = 0, R2 = ОУ будет выполнять функцию практически идеального повторителя напряжения, у которого Кu = 1, а Uвых = Uвх.
R1 R2
ОУ
Uвх
Uвых
В отличие от неинвертирующего усилителя, где на вход «+» подаётся весь входной сигнал, а на вход «-» - сигнал обратной связи, в инвертирующем усилителе вход «+» заземлён, а на входе «-» - лишь незначительная часть входного сигнала (разность между входным сигналом и сигналом обратной связи), которая тем меньше, чем глубже обратная связь.
Входное сопротивление инвертирующего усилителя определяется в виде
rвх инв. =R1 +rвх.диф. || [R2 /(K+1)] , (11)
где второе слагаемое - сопротивление параллельно включенных входного сопротивления ОУ и уменьшенного в (К+1) раз сопротивления резистора обратной связи R2. Приближенно .
ВАРИАНТ 2
Усилитель называется инвертирующим, так как выходное напряжение Uвых инвертировано по отношению к выходному напряжению Uвх. Отрицательная обратная связь создается с помощью резисторов
R2, R1 (параллельная ООС по напряжению).
Коэффициент усиления напряжения схемой инвертирующего ОУ определяется выражением:
Кu = -R2/R1.
Если R2 = R1, то Кu = -1 и ОУ становится инвертирующим повторителем напряжения, у которого Uвых = -Uвх. Входное сопротивление инвертирующего ОУ.
Rвх = R1,
а выходное сопротивление
Rвых = Rвых оу /(1 + Коу/Кu).
Для компенсации различия входных токов в схему введен резистор
R3 = R1*R2/(R1+R2).
Компаратор — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше чем на инверсном входе («−»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.
Простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель. Компаратор отличается от линейного операционного усилителя (ОУ) устройством и входного, и выходного каскадов:
При подаче эталонного напряжения на инвертирующий вход, входной сигнал подаётся на неинвертирующий вход и компаратор является неинвертирующим (повторителем, буфером).
При подаче эталонного напряжения на неинвертирующий вход, входной сигнал подаётся на инвертирующий вход и компаратор является инвертирующим (инвертором).
Несколько реже применяются компараторы на основе логических элементов, охваченных обратной связью (см., например, триггер Шмитта — не компаратор по своей природе, но устройство с очень схожей областью применения).