Физические свойства электронов.

Промышленная электроника

Цели и задачи учебной дисциплины:

 

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен уметь:

- различать полупроводниковые диоды, биполярные и полевые транзисторы, тиристоры на схемах и в изделиях;

- определять назначение и свойства основных функциональных узлов аналоговой электроники: усилителей, генераторов в схемах;

- использовать операционные усилители для построения различных схем;

- применять логические элементы, для построения логических схем, грамотно выбирать их параметры и схемы включения.

 

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен знать:

- принципы функционирования интегрирующих и дифференцирующих RC-цепей;

- технологию изготовления и принципы функционирования полупроводниковых диодов и транзисторов, тиристора, аналоговых электронных устройств;

- свойства идеального операционного усилителя;

- принципы действия генераторов прямоугольных импульсов, мультивибраторов;

- особенности построения диодно-резистивных, диодно-транзисторных и транзисторно-транзисторных схем реализации булевых функций;

- цифровые интегральные схемы: режимы работы, параметры и характеристики, особенности применения при разработке цифровых устройств;

- этапы эволюционного развития интегральных схем: большие интегральные схемы (БИС), сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), микропроцессоры в виде одной или нескольких сверхбольших интегральных схем (МП СБИС), переход к нанотехнологиям производства интегральных схем, тенденции развития.

 

Физические свойства электронов.

 

1. Электрический заряд e = 1.60217733´10^-19 к.
2. Масса покоя электрона m_e = 9.1093897´10^{-31 кг.}
3. Радиус электрона классический r_e = 2.81794092´10^{-15 м.}
4. Магнитный момент электрона m_Б = 9.2740154´10^-24 а×м²

 

Движение электронов в электронном поле.

Во всех электронных и ионных приборах электронные потоки в вакууме или газе, находящемся под тем или иным давлением, подвергаются воздействию электрического поля. Взаимодействие движущихся электронов с электрическим полем является основным процессом в электронных и ионных приборах. Рассмотрим движение электрона в электрическом поле.

На рис. изображено электрическое поле в вакууме между двумя плоскими электродами, на которые подано напряжение U (катод и анод). Из катода, вылетает электрон со скоростью V. Поле действует на электрон с силой F и притягивает его к электроду с более высоким положительным потенциалом (аноду). Электрон двигается ускоренно и приобретает наибольшую скорость в конце своего пути, т. е. при ударе об электрод, к которому он летит. Таким образом, при движении электрона в ускоряющем поле происходит увеличение кинетической энергии электрона за счет того, что поле совершает работу по перемещению электрона. Электрон всегда отнимает энергию от ускоряющего поля.

Скорость, приобретаемая электроном при движении в ускоряющем поле, зависит от пройденной разности потенциалов U и определяется формулой

 

 

при U — 100 в скорость V ~ 6 000 км/сек.

 

Электронная эмиссия.

 

· Термоэлектронная эмиссия

- возникает в результате нагрева. Используют в вакуумных и газонаполненных приборах.

· Электростатическая (автоэлектронная эмиссия)

- обусловлена наличием у поверхности тела сильного электрического поля.

· Фотоэлектронная эмиссия (фотоэффект)

- эмиссия электронов из вещества под действием падающего на его поверхность светового излучения.

· Вторичная электронная эмиссия

- испускание электронов поверхностью твёрдого тела при её бомбардировке электронами.

· Ионно-электронная эмиссия

- испускание электронов металлом при его бомбардировке ионами.

· Взрывная электронная эмиссия

- испускание электронов в результате локальных взрывов.

· Криогенная электронная эмиссия

- испускания электронов ультрахолодными, охлаждёнными до криогенных температур поверхностями. Мало изученное явление.

 

Резисторы

Являются пассивными элементами электрической цепи, характеризуются сопротивлением электрическому току.

Обозначение резисторов на схемах

 

а) обозначение, принятое в России и в Европе

б) обозначение, принятое в США

 

Постоянные резисторы обозначаются следующим образом:

 

Обозначение	Номинальная мощность рассеивания
	без указания номинальной мощности рассеивания
	0,05 Вт
	0,125 Вт
	0,25 Вт
	0,5 Вт
	1 Вт
	2 Вт
	5 Вт
	10 Вт

 

Цепи, состоящие из резисторов:

 

Делитель напряжения

 

 

Классификация резисторов

 

Резисторы являются элементами электронной аппаратуры и могут применяться как дискретные компоненты или как составные части интегральных микросхем.

Дискретные резисторы классифицируются:

- по назначению (общего назначения, специального назначения, высокоомные, высоковольтные, высокочастотные, прецизионные и сверхпрецизионные)

-по виду ВАХ (линейные, нелинейные, варисторы, терморезисторы, фоторезисторы, тензорезисторы, магниторезисторы)

- по характеру изменения сопротивления (проволочные, постоянные, переменные, подстроечные)

 

Резисторы, выпускаемые промышленностью

Резисторы разных номиналов для поверхностного монтажа (SMD),

припаянные на печатную плату

 

Выпускаемые промышленностью резисторы одного и того же номинала имеют разброс сопротивлений. Точность резисторов; 20 %, 10 %, 5 %...0,01 %. Номиналы резисторов не произвольны: их значения выбираются из номинального ряда:

1,0-1.1-1,2-1,3-1,5-1,8-2,0-2,2-2,4-2,7-3,0-3,3-3,6-3,9-4,3-4,7-5,1-5,6-6,2-6,8-7,5-8,2-9,1

 

Цветовая кодировка резисторов

 

 

Бывают резисторы с 3,4 или 5 полосами. Первые две полосы задают первые знаки номинала, третья — множитель, четвёртая — точность, а пятая — температурный коэффициент.

 

Цвет	число	число	десятичный множитель	точность в %	ТКС
серебристый	—	—	1·10−2 = «0,01»		—
золотой	—	—	1·10−1 = «0,1»		—
чёрный			1·100 = 1	—	—
коричневый			1·101 = «10»
красный			1·10² = «100»
оранжевый			1·10³ = «1000»	—
жёлтый			1·104 = «10 000»	—
зелёный			1·105 = «100 000»	0,5	—
синий			1·106 = «1 000 000»	0,25
фиолетовый			1·107 = «10 000 000»	0,1
серый			1·108 = «100 000 000»	—	—
белый			1·109 = «1 000 000 000»	—
отсутствует	—	—	—	20 %	—

 

Запоминание цветной кодировки резисторов: после чёрной 0 и коричневой 1 идёт последовательность цветов радуги. Первая полоска стоит ближе к краю резистора, чем последняя.

 

Конденсаторы

 

Являются пассивными элементами схемы. Обладают ёмкостью и служат для накопления заряда и энергии электрического поля. Состоит из двух электродов в форме пластин (обкладок), разделённых диэлектриком.

Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки,

между которыми находится диэлектрик

 

Свойства конденсатора

 

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь, по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора.

 

Обозначение конденсаторов на схемах:

 

Обозначение	Описание
	Конденсатор постоянной ёмкости
	Электролитический конденсатор
	Подстроечный конденсатор
	Варикап

 

На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов указывается в микрофарадах (1 мкФ = 10⁶ пФ), пикофарадах и в нанофарадах. При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом «пФ» не указывают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения. Для электролитических конденсаторов после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах. Для переменных конденсаторов указывают диапазон изменения ёмкости.

Характеристики конденсаторов:

Номинальная емкость

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею:

 

 

При последовательном соединении конденсаторов общая ёмкость равна:

 

 

 

Номинальное напряжение

 

— значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать с сохранением параметров в допустимых пределах.

При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального.

 

Полярность

 

Электролитические конденсаторы работают только при определенной полярности напряжения. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за опасности разрушения (взрыва).

Разрушение возможно из-за действия температуры и напряжения, не соответствовавших рабочим, или старения. Конденсаторы с разорванной крышкой практически неработоспособны и требуют замены, а если она просто вспучена но еще не разорвана — скорее всего скоро он выйдет из строя или сильно изменятся параметры, что сделает его использование невозможным.

 

Взрывы электролитических конденсаторов — распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора или вследствие старения.

 

Классификация конденсаторов

 

По виду диэлектрика:

- вакуумные

- с газообразным диэлектриком.

- с жидким диэлектриком.

- с твёрдым неорганическим диэлектриком: стекло, слюда, керамика

- с твёрдым органическим диэлектриком: бумага, плёнка

- комбинированные

- электролитические

Слева — конденсаторы для поверхностного монтажа; справа — конденсаторы для объёмного монтажа; сверху — керамические; снизу — электролитические.

Различные конденсаторы для объёмного монтажа

Слюдяной плёночный конденсатор типа «СГМ» для навесного монтажа

 

По возможности изменения своей ёмкости:

- постоянные

- переменные

- подстроечные

 

Керамический подстроечный конденсатор

 

 

В зависимости от назначения:

- общего назначения

- специального назначения (высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие и др.)

 

По форме обкладок:

- плоские

- цилиндрические

- сферические

 

Применение конденсаторов

- для построения фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров

- в фотовспышках

- в качестве элемента памяти или устройства хранения электрической энергии.

- для создания кратковременных мощных электрических разрядов

- измерительных преобразователей малых перемещений

- измерительных преобразователей влажности воздуха

- в схемах защиты

- в измерителе уровня жидкости

- для пуска асинхронных двигателей

- для пуска и работы трехфазных асинхронных двигателей при питании от однофазного напряжения.

- аккумуляторов электрической энергии

 

Примеры маркировки резисторов и конденсаторов.

Полное обозначение	Сокращенное обозначение
Единицы измерения	Обозн. един. измер.	Пример обозн. на схеме	Пример обозн. на детали	Обозн. един. измер.	Единицы измерения
ПИКОФАРАДЫ	пф	1,5	1р5	Р или П	ПИКОФАРАДЫ	к о н д е н с а т о р ы
	15П
	Н15	n или Н	НАНОФАРАДЫ
	1Н5
МИКРОФАРАДЫ	мкф	0,015 мк	15Н
0,15 мк	М15; m15	m или М	МИКРОФАРАДЫ
1.5	1М5
15 мк	15М
	100М
ОМЫ	Ом	0,47	Е47; R47	Е или R	ОМЫ	р е з и с т о р ы
4,7	4Е7; 4R7
	47Е
	470R; К47
КИЛООМЫ	кОм	К	КИЛООМЫ
4,7 к	4К7
47 к	47К
МЕГООМЫ	МОм	470К	470к М47
М	МЕГООМЫ
4,7 М	4М7
47 М	47М

Катушки индуктивности

 

Радиоэлемент, обладающий индуктивностью. Катушка индуктивностиспособна накапливать магнитную энергию при протекании электрического тока.

 

Устройство

 

Представляет собой винтовую или спиральную катушку из одножильного или многожильного изолированного провода, намотанного на цилиндрический или прямоугольный каркас из диэлектрика или плоскую спираль. Бывают и бескаркасные катушки. Намотка может быть однослойной и многослойной.

Для увеличения индуктивности применяют сердечники из ферромагнитных материалов: электротехнической стали, пермаллоя, ферритов. Также сердечники используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах.

 

Обозначение

 

Применение

 

- в качестве реактивного сопротивления для люминесцентных ламп

- фильтры, цепи обратной связи, колебательные контура

- в импульсных стабилизаторах напряжения

- в качестве электромагнитов

- в индукционных печах.

- как датчик перемещения

Катушка индуктивности на материнской плате компьютера

Дроссель люминесцентных ламп

Мостовая схема выпрямителя

VD3 – VD6 – выпрямительные диоды

 

Контрольные вопросы

 

1. Что в теории полупроводников принято называть дыркой?

2. Что такое n-полупроводник и как его получают?

3. Что такое р-полупроводник и как его получают?

4. Объясните механизм образования электронной и дырочной составляющих то­ка в полупроводнике.

5. Что такое электронно-дырочный переход?

 

Типы диодов

Выпрямительные диоды

предназначены для преобразования переменного напряжения промышленной частоты (50 или 400 Гц) в постоянное.

Основные параметры:

- максимальный прямой ток Iпр max

- максимально допустимое обратное напряжение Uобр max

Выпрямительные диоды бывают:

- диоды малой мощности до 0,3 А

- средней мощности 0,3….10 А

- большой мощности свыше 10 А,

 

Стабилитроны

предназначенны для стабилизации напряжения.

Условное обозначение:

 

Основные параметры:

- напряжение стабилизации Uст;

- минимальный Iст мин и максимальный Iст макс токи стабилизации;

В стабилитронах используется явление электрического лавинного пробоя. При этом при изменении тока через диод напряжение изменяется на нем незначительно.

 

Варикапы

Варикап - это полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости p-n-перехода от величины обратного напряжения

Применяется в качестве нелинейного элемента в колебательных контурах для регулировки резонансной частоты.

Условное обозначение:

 

Основные параметры:

- начальная емкость С0 - емкость при нулевом напряжении;

- номинальная емкость Сн при заданном обратном напряжении Uн;

 

Туннельные диоды

Применяют в генераторах напряжения высокой частоты.

Условное обозначение:

ВАХ:

Контрольные вопросы

 

1. Какую ветвь ВАХ используют стабилитроны?

2. Назначение стабилитрона.

3. Назначение варикапа

4. Назначение туннельного диода.

5. В каких устройствах применяются туннельные диоды?

 

Транзистор

— полупроводниковый электронный прибор с двумя pn-переходами, обеспечивающий управление электрическим током в электрической цепи с помощью управляющего входного сигнала.

Применяется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.

Устройство:

 

 

 

Классификация:

 

 

Условное обозначение:

Полупроводниковый материал:

германий

кремний

арсенид галлия

По рассеиваемой мощности различают:

маломощные транзисторы до 100 мВт

транзисторы средней мощности от 0,1 до 1 Вт

мощные транзисторы (больше 1 Вт).

 

 

Параметры транзисторов.

- коэффициент усиления:

h_21э=b = Δ I_к /ΔI_б, при U_кэ= const

- ток коллектора Iк

- напряжение эмиттер-коллектор U_кэ

- рассеиваемая мощность на коллекторе Рк

 

ВАХ транзистора

- представляет собой семейство входных и выходных характеристик:

Нагрузочная характеристика представляет прямую на семействе выходных характеристик транзистора, пересекающуюся с осями координат Е_к/ R_к и Е_к соответственно.

 

Полевой транзистор

 

Полевой транзистор — активный полупроводниковый прибор, который управляется электрическим полем. Преимущества полевого транзистора:

- большое входное сопротивление

- высокая помехоустойчивость

- низкий уровень шума

- малая потребляемая мощность

- выше коэффициент усиления

- надежность

- меньшие габариты

- высокое быстродействие

Схемы включения .

Для полевого транзистора, как и для биполярного, существуют три схемы включения: схемы с общим затвором (03), общим истоком (ОИ) и общим стоком (ОС). Наиболее часто используются схемы с общим истоком.

 

Тиристоры

Обозначение

Тиристор - это управляемый диод, выполненный на основе монокристалла полупроводника с четырёхслойной структурой р-n-p-n-типа. В прямом направлении обладает двумя устойчивыми состояниями:

- состоянием низкой проводимости (тиристор заперт)

- состоянием высокой проводимости (тиристор открыт)

В обратном направлении тиристор не пропускает эл.ток. Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется:

- внешним воздействием напряжением (током)

- внешним воздействием светом (фототиристор).

 

Разновидности тиристора:

- динистор (диодный тиристор)

- тринистор (триодный тиристор)

 

 

ВАХ тиристора

Тиристор имеет нелинейную разрывную вольтамперную характеристику (ВАХ).

 

Оптоэлектронные приборы.

—приборы для преобразования светового излучения в электрический ток и обратно. Приборы предназначены для использования в устройствах визуального представления информации.

К ним относятся:

1. Для преобразования света в электрический ток — фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, пироэлектрические приёмники.

2. Для преобразования тока в световое излучение —лампы накаливания, электролюминесцентные индикаторы, полупроводниковые светодиоды, лазеры.

3. Для гальванической развязки электрических цепей (последовательного преобразование «ток-свет-ток»)— оптопары.

Лазерный диод

Светодиод — полупроводниковый прибор, в котором происходит преобразование электрической энергии в энергию светового излучения.

Для всех светодиодов Iпр. = 10 мА. Цвет свечения (красный, зеленый, оранжевый, желтый) и Uпр (от2 до 6 В) зависит от типа светодиода.

Полупроводниковый знаковый индикатор — полупроводниковый прибор, который состоит из нескольких светоизлучающих элементов. Применяются газоразрядные, люминесцентные, светодиодные и жидкокристаллические индикаторы.

По виду отображаемой информации индикаторы подразделяют:

- единичные

- цифровые

- буквенно-цифровые

- шкальные

- мнемонические

- графические

Оптопара — оптоэлектронный полупроводниковый прибор, который состоит из излучающего и фотоприемного элементов, между которыми имеется оптическая связь, обеспечивающая гальваническую развязку между входом и выходом.

Структурная схема оптрона:

 

Условные обозначения оптопар:

 

а - диодная

b – тиристорная

c – транзисторная

d – резисторная

 

Интегральная микросхема

 

- миниатюрное электронное устройство, выполняющее определенные функции преобразования и обработки сигналов. Содержит до ста тысяч активных и пассивных элементов.

 

Все микросхемы подразделяются на аналоговые, цифровые (логические) и аналого-цифровые. Аналоговые микросхемы предназначены для работы с непрерывными сигналами. В цифровых микросхемах входные и выходные сигналы могут иметь один из двух уровней напряжения: высокий или низкий.

Микросхемы выпускаются сериями. Серия — это группа микросхем, имеющих единое исполнение и предназначены для совместного применения.

 

Технология изготовления	Серия	Логический 0, В	Логическая 1, В
ТТЛ - транзисторно-транзисторная логика	К133, К155, К555	0,1...0,2	3,2...3,5
КМОП - комплементарные полевые транзисторы со структурой металл-окисел-полупроводник	К164, К176, К561, К564.	0,02...0,05	8,6...8,8
ЭСЛ — эмиттерно-связанная логика		−1,6…−1,75	−0,8…−1,03

 

Применение:

Аналоговые схемы:

- усилители

- генераторы

- фильтры

- стабилизаторы питания

- преобразователи

Цифровые схемы:

- логические элементы

- триггеры

- счётчики

- регистры

- модули памяти

- шифраторы и дешифраторы

- микроконтроллеры

Аналогово-цифровые схемы:

- цифро-аналоговые (ЦАП) и аналогово-цифровые преобразователи (АЦП).

- трансиверы

- модуляторы и демодуляторы.

- радиомодемы

- приёмники цифрового ТВ

- сенсор оптической мыши

- коммутаторы

Система обозначений микросхем включает несколько групп символов:

1—2 буквы (необязательное) применение;

1 буква (необязательно) исполнение корпуса;

1 цифра — группа (по конструктивно-технологическому исполнению)

2-3 цифры — порядковый номер серии;

1 буква — функциональная подгруппа;

1 буква — вид;

1—2 цифры — подвид;

1 цифра (необязательно, после дефиса) — модификация конструктивного исполнения;

Пример:

 

 

Усилители.

Усилителями называют устройства, предназначенные для уси­ления электрических сигналов за счет источников электрического питания с помощью активных элементов — транзи­сторов.

 

Классификация

По типу усилительного элемента:

- лампо­вые

Д: усиление сиг­налов в широкой полосе частот, низкий уровнь шумов, отсут­ствие чувствительности к температурным и климатическим изме­нениям.

Н: ограниченный срок службы (до 5000-10000 ч), потребляют значительную энергию.

- транзисторные

Д: имеют неогра­ниченный срок службы (десятки тысяч часов), безынерционны, ус­тойчивы к вибрации, тряске, экономичны.

Н: разброс параметров однотипных транзисторов, большая темпе­ратурная зависимость, высокий уровень собственных шумов. Усилительные каскады на однотипных элементах различа­ются схемой и режимом работы усилительных элементов.

- диодные (на туннельных диодах)

По виду усиливаемых электрических сигналов:

- усилители гармонических сигналов (важнейшим является обеспечение минимального уровня искажений)

- усилители импульсных сигналов (используют различные ключевые режимы работы транзисторов)

По способности усиливать постоянные и переменные сигналы:

- усилители постоянного тока(усилители, обладающие способностью усиливать весьма медленные колебания, в том числе и нулевой частоты, используют в автоматике и телемеханике, измери­тельной технике и счетно-решающих устройствах);

- усилители переменного тока(усиливают только переменную составляющую сигналов, используют в ра­диотехнических устройствах)

 

По диапазону усиливаемых частот:

- усилители низкой частоты(УНЧ) (предназначены для усиления частот звукового диапазона (0,01...20 кГц); применяют в радиовещании, аппара­туре проводной связи)

- усилители высокой частоты(УВЧ); предназначены для усиления сигналов в радиочастотном диапазоне (применяют в радиопередающих и ра­диоприемных устройствах

 

По виду амплитудно-частотной характеристики:

- узкополосные усилители;

узкополосные УНЧ имеют полосу пропускания менее 2,5...3 кГц

узкополосные УВЧ применяют в телевидении, обладают полосой пропускаемых частот 4,5...5 МГц)

- широкополосные усилители(применяют для уменьшения нелинейных искажений и повышения устойчивости усилителя)

 

По форме амплитудно-частотной характеристики:

- избирательные или резонансные усилители(имеют частотную характеристику полосового фильтра или резонансного колебательного контура);

- апериодические усилители(имеют частотную характеристику, по форме напоминающую характеристику LС-цепи, т.е. плавно убывающую по мере роста частоты).

 

По назначению усилителя:

- усилители напряжения

- усилители тока

- усилители мощности

Характеристики усилителей

- Коэффициент усиления по­казывает, во сколько раз напряжение (ток или мощ­ность) на выходе усилителя больше, чем на входе:

 

Кн = Uвых/Uвх

Кт = Iвых/Iвх

Км = Рвых/Рвх

 

- В ыходная мощность — наибольшая мощность, от­даваемая нагрузке, при которой искажения не превышают допусти­мые

 

Рвых = Iвых* Uвых

 

- Коэффициент полезного действия усилителя характеризует его экономичность и определяется как отношение полезной мощности сиг­нала, отдаваемой нагрузке, к мощности, потреб­ляемой от источника питания:

ŋ = (Рвых/Р0)*100%

- Коэффициент шума - характеризует уровень шумов (искажений случайного характера, обусловленных различными механическими, тепловыми, молекулярными, электронными процессами в радиокомпонентах.

- Амплитудная характеристика усилителя представля­ет собой зависимость выходного напряжения сигнала от входного

- Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) — зависимость коэффициента усиления от частоты входного сигнала.

 

- Амплитудно-фазовая характеристика (АФХ) — зависимость коэффициента усиления и фазового сдвига усилителя от частоты.

- Фазочастотная характеристика (ФЧХ)— зависимость сдвига фазы между входным и выходным напряжением от частоты.

 

- Динамический диапазон усилителя — отношение максимального входного напряжения сигнала к минимальному (Uвх.макс/Uвх.мин).

- Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания) оценивает­ся областью частот, в пределах которой.частотные искажения не превышают заданных.

- Фазовые искажения - фазовые сдви­ги между выходным и входным напряжениями

- Нелинейные искажения - искажение формы выход­ного сигнала

 

Обратная связь в усилителях

Обратной связью называется связь между выходом и входом усилителя.

Различают положительную и отрица­тельную ОС. При положительной ОС сигнал с выхода усилителя поступает на вход в фазе с колебаниями входного сигнала, в результате чего коэффициент усиления усилителя возрастает. Этот вид ОС применяется в автогенераторах. При отрицательной обратной связи (ООС) колебания с выхода на вход усилителя поступают в противофазе с входным сигналом, в результате чего его коэффициент усиления уменьшается. В усилите­лях обычно используется ООС, улучшающая их качественные пока­затели.

 

Различают схемы с ООС:

- по напряжению

- по току

- комбинированная

-последователь­ная

- параллельная

 

ООС по напряжению: последовательной параллельной

 

Схема предварительного усилительного каскада.

Назначением каскадов предварительного усиления является усиление сигнала до величины, необходимой для подачи на вход каскада мощного усиления.

 

 

С - выполняет функцию гальванической развязки

Rб1,Rб2 – делитель напряжения, обеспечивает режим работы транзистора

Rк – нагрузка транзисторного каскада, предназначен для питания коллектора транзистора электрическим током

Rэ, Сэ – обратная связь усилителя, предназначены для стабилизации работы

 

Для работы транзистора в режиме усиления сигнала без искажения, необходимо обеспечить рабочий режим, который устанавливается напряжением смещения база-эмиттер. Для кремниевого транзистора значение напряжения смещения лежит в пределах 0,6…0,7 вольт, для германиевого – 0,2…0,3 вольта.

 

ВАХ

 

Однотактный каскад усиления

Применяют в усилителях с малой выходной мощностью с КПД до 40%. Схема включения транзистора с ОЭ. Схемы с ОК и с ОБ не применяют.

 

Многокаскадные усилители.

Одиночные каскады не обеспечивают необходимое усиление и заданные параметры усилителей. Поэтому применяют многокаскадные усилители.Характеристики многокаскадных усилителей:1. Коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления каждого каскада. К = к1*к2*к3*…..кn 2. Коэффициент частотных искажений многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов частотных искажений каждого каскада.3. Суммарный фазовый сдвиг, вносимый усилителем, равен сумме фазовых сдвигов каждого каскада

4. Нелинейные искажения усилителя определяются нелинейностью усилительного элемента оконечного каскада.

5. Коэффициент шума многокаскадного усилителя определяется шумами входной цепи и первого каскада.

 

Блок-схема многокаскадного усилителя:

 

 

 

Усилители с RC – связями.

 

- имеют худшую АЧХ

- менее экономичны

 

Структурная схема УПТ

 

Входной сигнал постоянного напряжения U_вх преобразуется в пропорциональный ему сигнал переменного напряжения с помощью модулятора М, потом усиливается усилителем гармонических сигналов У, а затем демодулятором ДМ преобразуется в сигнал постоянного напряжения U_н.

 

Двухкаскадный УПТ

 

 

Генераторы LC-типа

LC генераторы используют колебательный контур из конденсатора и катушки индуктивности, соединенных параллельно или последовательно, параметры контура определяют частоту колебаний.

Д: - высокая стабильность частоты колебаний

- устойчиво работают при значительных изменениях параметров транзисторов

- форма выходного напряжения близка к гармонической

Н: - трудности изготовления ка