Реферат: Методы анализа транзисторных усилительных каскадов
Академия России
Кафедра Физики
Реферат на тему:
МЕТОДЫ АНАЛИЗА ТРАНЗИСТОРНЫХ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ
Орел 2009
Содержание
Вступление
1. Постановка задачи
2. Анализ статического режима работы
3. Анализ динамического режима работы
Библиографический список
Вступление
Усиление электрических сигналов является фундаментальным и исключительно важным свойством аппаратурных средств обработки сигналов, которое очень широко используется для совершенствования технических показателей самых различных радиотехнических устройств. Усилители находят самое широкое применение и как самостоятельные устройства, и как составные части более сложных устройств. Кроме аппаратуры связи их используют в бытовой электронике, звуковом кино, радиолокации, медицине, технике измерений, автоматике и т.д. На основе усилительных каскадов строится большинство аналоговых электронных устройств посредством добавления тех или иных обратных связей. Особое значение усилительные устройства имеют в радиоприемных трактах, поскольку на входы радиоприемников поступают сигналы очень малой мощности, а оконечные устройства требуют мощности, на несколько порядков большей.
1. Постановка задачи
Эффект увеличения мощности полезного сигнала при сравнительно точном сохранении его формы (и спектрального состава соответственно) называют усилением, а устройство, реализующее этот эффект, усилительным. Принцип электронного усиления заключается в том, что с помощью активного электронного прибора (усилительного элемента УЭ) энергия постоянного источника напряжения преобразуется в энергию полезного электрического колебания по закону изменения входного сигнала. Для управления процессом преобразования энергии на вход усилительного элемента подают малую мощность Р ВХ . Таким образом, при усилении источник сигнала малой мощности Р ВХ управляет работой усилительного элемента по преобразованию большой мощности источника питания Р 0 в мощность выходного колебания Р ВЫХ , выделяемого в нагрузке усилительного устройства. Безусловно, Р ВЫХ < Р 0 , но в оконечных каскадах усилителей эти мощности близки по величине, и отношение Р ВЫХ /Р 0 определяет коэффициент полезного действия усилителя h .
Поскольку в данной лекции речь пойдет о различных методах анализа усилительных каскадов, необходимо разобраться с основными понятиями. Анализ (от греч. analysis - разложение, расчленение) - метод научного исследования, состоящий в мысленном разложении сложного объекта на более простые составные части с целью оценки эффективности и качества функционирования этого объекта.
В данном случае речь идет об оценке качества работы типовых усилительных каскадов с транзистором в роли активного электронного прибора (усилительного элемента) и гармоническим сигналом на выходе. Так как основное предназначение усилителя - это получение на выходе сигнала большей мощности, чем на входе, то оценка качества усилительного каскада будет заключаться в решении следующих задач:
1. Во-первых, это традиционная задача анализа электрических цепей - определить реакцию цепи на заданное воздействие. Поскольку в качестве воздействия используется моногармонический сигнал
(6.52)
то в случае идеальной работы усилительного каскада на выходе также должен быть моногармонический сигнал
(6.53)
где k - коэффициент пропорциональности, определяющий степень усиления (чаще всего k > 1).
В реальных схемах усилительных каскадов выходной сигнал, как правило, отличается по форме от входного. Происходит это из-за нелинейности характеристик усилительного элемента (УЭ), а проявляется в зависимости усилительных свойств транзистора от амплитуды воздействия.
Таким образом, форма выходного сигнала будет отличаться от гармонической и спектр его обогатится соответственно новыми спектральными составляющими, которых не было во входном сигнале. Такие искажения, как нам уже известно, носят название нелинейных и оцениваются с помощью коэффициента гармоник К Г . Кроме нелинейных усилительный каскад вносит так называемые линейные (т.е. не связанные с искажением формы и обогащением спектра) или частотные искажения. Суть их заключается в том, что из-за наличия реактивностей в схеме усилительного каскада (в основном, это емкости разделительных и блокировочных конденсаторов, а также различные паразитные емкости и индуктивности) коэффициент пропорциональности k в выражении (6.53) является частотно-зависимым, т.е. имеет комплексный характер. В результате амплитуда и начальная фаза выходного сигнала не являются постоянными величинами, как во входном сигнале, а изменяются в зависимости от частоты воздействия.
2. Таким образом, вторая задача анализа - оценить величину искажений (линейных и нелинейных), которые усилительный каскад вносит в усиливаемый сигнал.
Для того чтобы решить эти две задачи, надо вычислить основные параметры и характеристики усилительного каскада, позволяющие оценить в количественной форме степень усиления и искажений гармонического входного сигнала. Кроме того, необходимо вычислить те параметры и характеристики усилительного каскада, которые определяют влияние данного усилителя на предшествующие и последующие каскады, а также дают возможность оценить степень зависимости данного усилительного устройства от аналогичных влияний (это в основном входное и выходное сопротивления усилителя).
3. Таким образом, третья задача анализа - определить основные характеристики (передаточную, импульсную, переходную, амплитудную) и параметры (входное и выходное сопротивления, коэффициент усиления, коэффициенты линейных и нелинейных искажений) усилительного каскада.
Рассмотренные задачи анализа относятся к так называемому динамическому режиму работы усилительного каскада (ДРРУ), т.е. режиму, когда на вход подается гармонический сигнал, требующий усиления. Таких режимов может быть несколько, в зависимости от того, какую долю периода усиливаемого колебания ток протекает через усилительный элемент: режимы А, В, С, Д, АВ и др. Работа усилительного каскада может быть:
без отсечки выходного тока УЭ (режим А);
с отсечкой q = 90° (режим В);
q < 90° (режим С);
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--