Усилители. Амплитудная и амплитудно-частотная характеристики. Основные параметры: коэффициент усиления, полоса пропускания, коэффициент нелинейных искажений.

ЧАСТЬ 2

 

Ответы к вопросу о

«Электронных компонентах средств измерений»

 

Киселев В.А.

 

 

Составит. коллектив «Разум Ленина».

 

МОСКВА 2017 г.

1. Резисторы. Назначение, классификация, основные параметры. Буквенное и условное графическое обозначение (УГО) в электрических схемах. Обозначение в перечне элементов принципиальной электрической схемы.

· Резистор- для ограничения тока в цепи, создания разности сопротивлений.

· Общего назначения – ограничение тока, нагрузка, делители питания, шунты и т.д. Отклонение от номинала от 1 до 20%. Прецизионные/сверхпрец-е – высокие точности, стабильность параметров при эксплуатации. Отклонение от номинала от 0.0005 до 0.5%, используются в измерительной аппаратуре. Высокочастотные – имеют малую емкость и индуктивность и используются в радиоэлектронной аппаратуре в качестве делителей, согласующих нагрузок и т.д. Высоковольтные – Рассчитаны на высокое напряжение, используются для делителей напряжения, искрогасителя и т.д. Высокомегаомные – Имеют большие сопротивления от десятков мегаом до единиц тераом. Используются в измерительной аппаратуре, дозиметрах и т.д. Резисторы бывают постоянного сопротивлен, переменного и подстроечные.

· Основн. параметры - номинальное сопротивление и предельная рассеиваемая мощность.

Условные графические обозначения: а – по ГОСТ, б – ISO.

На схеме и в перечне обозначаются буквой “R”

 

2. Конденсаторы. Назначение, классификация, основные параметры. Буквенное и условное графическое обозначение (УГО) в электрических схемах. Обозначение в перечне элементов принципиальной электрической схемы. Ёмкостное сопротивление.

· Источннк емкостного сопротивления, используется в фильтрах ВЧ и НЧ, сглажтвать пульсации напряжения, накопитель электрического заряда с возможностью быстрой разрядки (для лазеров и ЭМ-ускорителей), устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

· Общего назначения – низковольтные конденсаторы. Специальные: высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и др. Конденсаторы бывают постоянной емкости, переменной емкости и подстроечные.

· Основн. параметры - емкость и номинальное напряжение, полярность.

Условные графические обозначения: а – постоянного, б – переменного.

 

На схеме и в перечне обозначаются буквой “С”

· Ёмкостное сопротивление (реактивное сопротивление) — обусловленно передачей энергии переменным током электрическому (кондер) или магнитному полю(катушка индуктивн.)

Ёмкост. сопр. зависит от ёмкости элемента C {\displaystyle C} и также частоты протекающего тока f {\displaystyle f}

 

3. Катушки индуктивности. Назначение, классификация, основные параметры. Буквенное и условное графическое обозначение (УГО) в электрических схемах. Индуктивное сопротивление. Дроссели. Трансформаторы.

· Катушки индуктивности - позволяют запасать электрическую энергию в магнитном поле.

· сглаживающие фильтры и различные селективные цепи.

· 1) требуемое значение индуктивности (Гн, мГн, мкГн, нГн),

2) максимальный ток катушки. Большой ток очень опасен из-за слишком сильного нагрева, при котором повреждается изоляция обмоток. Кроме того, при слишком большом токе может произойти насыщение магнитопровода магнитным потоком, что приведет к значительному уменьшению индуктивности,

3) температурный коэффициент индуктивности,

4) активное сопротивление провода обмотки,

5) добротность катушки. Она обычно определяется на рабочей частоте как отношение индуктивною и активного сопротивлений,

6) частотный диапазон катушки.

· Дроссель - предназначение– «задерживать» (снижать на определенный период времени) влияние токов определенного диапазона частот. Высокое сопротивление переменному току и малое сопротивлением постоянному;

· Трансформатор - имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

· Индуктивное сопротивление обусловлено возникновением ЭДС самоиндукции в элементе электрической цепи. Изменение тока и, как следствие, изменение его магнитного поля вызывает препятствующую изменению этого тока ЭДС самоиндукции. Величина сопротивления зависит от индуктивности L {\displaystyle L} элемента и угловой частоты ω {\displaystyle \omega } протекающего тока:

 

4. Полупроводниковые диоды. Назначение, классификация, характеристики и основные параметры. Буквенное и условное графическое обозначение (УГО) в электрических схемах. Стабилитроны. Светоизлучающие диоды. Фотодиоды. Оптроны. Тиристоры. Симисторы.

· Диод — это полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя выводами.

· Низкочастотные Высокочастотные СВЧ

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов, предназначены для применения в импульсных режимах работы.

Детекторные диоды предназначены для детектирования сигнала

Смесительные диоды предназначены для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты.

· Вольт-амперная характеристика

Максимально допустимое постоянное обратное напряжение

Максимально допустимый постоянный прямой ток

Номинальный постоянный прямой ток

Прямое постоянное напряжение на диоде при номинальном токе (т. н. «падение напряжения»)

Постоянный обратный ток, указывается при максимально допустимом обратном напряжении

Диапазон рабочих частот

Ёмкость

Пробивное напряжение (для защитных диодов и стабилитронов)

Максимально допустимая мощность рассеивания

стабилитро́н, или диод Зенера — полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. напряжение стабилизации - это напряжение, которое "оседает" на концах стабилитрона.

Светодиоды - «электроны» и «дырки» — рекомбинируют с излучением фотонов
Фотодиод - При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода.

Оптрон — электронный прибор, состоящий из излучателя света и фотоприёмника, связанных оптическим каналом

Тиристор — это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или больше взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно соотнести к электронным ключам. Но есть в тиристоре одна особенность, он не может перейти в закрытое состояние (выкл) в отличие от обычного ключа. Т.н. «не полностью управляемый ключ.»

Симистор - в отличие от тиристора, который проводит ток только в одном направлении, симистор способен проводить ток в двух направлениях. Именно поэтому симистор прекрасно работает в сетях переменного тока. Эквивалентен 2-м тиристорам включенным «валетом».

 

 

5. Биполярные транзисторы. Назначение, классификация, входные и выходные характеристики, основные параметры (h₁₁, h₁₂, h₂₁, h₂₂). Буквенное и условное графическое обозначение (УГО) в электрических схемах.

· Транзистор - электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. Управляется ТОКОМ

· основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

· NPN PNP

· Коэффициент передачи по току.

Входное сопротивление.

Выходная проводимость.

Обратный ток коллектор-эмиттер.

Время включения.

Обратный ток коллектора.

Максимально допустимый ток.

Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

· Параметры транзистора

входное сопротивление биполярного транзистора и измеряется в омах.

_ - коэффициент обратной связи по напряжению

— коэффициент прямой передачи по току

— выходная проводимость, измеряется в симменсах

6. Полевые транзисторы. Назначение, классификация, характеристики, основные параметры. Буквенное и условное графическое обозначение (УГО) в электрических схемах.

· Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, обычно с тремя выводами, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля. т.е. напряжения.

· основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

· Вольт - амперная и сток - затворная характеристики полевого транзистора

· Общие параметры полевых транзисторов:

1. Максимальный ток стока при фиксированном напряжении затвор-исток.
2. Максимальное напряжение сток-исток, после которого уже наступает пробой.
3. Внутреннее (выходное) сопротивление. Оно представляет собой сопротивление канала для переменного тока (напряжение затвор-исток — константа).
4. Крутизна стоко-затворной характеристики. Чем она больше, тем «острее» реакция транзистора на изменение напряжения на затворе.
5. Входное сопротивление. Оно определяется сопротивлением обратно смещенного p-n перехода и обычно достигает единиц и десятков МОм (что выгодно отличает полевые транзисторы от биполярных «родственников»). А среди самих полевых транзисторов пальма первенства принадлежит устройствам с изолированным затвором.
6. Коэффициент усиления — отношение изменения напряжения исток-сток к изменению напряжения затвор-исток при постоянном токе стока.

 

7. Интегральные микросхемы. Классификация.

 

· ИМС— электронная схема произвольной сложности (кристалл), изготовленная на полупроводниковой подложке (пластине или плёнке) и помещённая в неразборный корпус.

· Классиф. по степени интеграции

малая интегральная схема (МИС) — до 100 элементов в кристалле,

средняя интегральная схема (СИС) — до 1000 элементов в кристалле,

большая интегральная схема (БИС) — до 10 тыс. элементов в кристалле,

сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — более 10 тыс. элементов в кристалле.

· по виду обрабат. Сигнала – цифровые и аналогово-цифровые, аналоговые (цап, ацп)

 

 

7. Пассивные фильтры: нижних частот, верхних частот, полосовые, режекторные; схемы, характеристики. Расчет фильтров.

 

 

ДЛЯ ПРИМЕЧАНИЙ

ЧАСТЬ 2

 

Ответы к вопросу о

«Электронных компонентах средств измерений»

 

Киселев В.А.

 

 

Составит. коллектив «Разум Ленина».

 

МОСКВА 2017 г.

1. Резисторы. Назначение, классификация, основные параметры. Буквенное и условное графическое обозначение (УГО) в электрических схемах. Обозначение в перечне элементов принципиальной электрической схемы.

· Резистор- для ограничения тока в цепи, создания разности сопротивлений.

· Общего назначения – ограничение тока, нагрузка, делители питания, шунты и т.д. Отклонение от номинала от 1 до 20%. Прецизионные/сверхпрец-е – высокие точности, стабильность параметров при эксплуатации. Отклонение от номинала от 0.0005 до 0.5%, используются в измерительной аппаратуре. Высокочастотные – имеют малую емкость и индуктивность и используются в радиоэлектронной аппаратуре в качестве делителей, согласующих нагрузок и т.д. Высоковольтные – Рассчитаны на высокое напряжение, используются для делителей напряжения, искрогасителя и т.д. Высокомегаомные – Имеют большие сопротивления от десятков мегаом до единиц тераом. Используются в измерительной аппаратуре, дозиметрах и т.д. Резисторы бывают постоянного сопротивлен, переменного и подстроечные.

· Основн. параметры - номинальное сопротивление и предельная рассеиваемая мощность.

Условные графические обозначения: а – по ГОСТ, б – ISO.

На схеме и в перечне обозначаются буквой “R”

 

2. Конденсаторы. Назначение, классификация, основные параметры. Буквенное и условное графическое обозначение (УГО) в электрических схемах. Обозначение в перечне элементов принципиальной электрической схемы. Ёмкостное сопротивление.

· Источннк емкостного сопротивления, используется в фильтрах ВЧ и НЧ, сглажтвать пульсации напряжения, накопитель электрического заряда с возможностью быстрой разрядки (для лазеров и ЭМ-ускорителей), устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

· Общего назначения – низковольтные конденсаторы. Специальные: высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и др. Конденсаторы бывают постоянной емкости, переменной емкости и подстроечные.

· Основн. параметры - емкость и номинальное напряжение, полярность.

Условные графические обозначения: а – постоянного, б – переменного.

 

На схеме и в перечне обозначаются буквой “С”

· Ёмкостное сопротивление (реактивное сопротивление) — обусловленно передачей энергии переменным током электрическому (кондер) или магнитному полю(катушка индуктивн.)

Ёмкост. сопр. зависит от ёмкости элемента C {\displaystyle C} и также частоты протекающего тока f {\displaystyle f}

 

3. Катушки индуктивности. Назначение, классификация, основные параметры. Буквенное и условное графическое обозначение (УГО) в электрических схемах. Индуктивное сопротивление. Дроссели. Трансформаторы.

· Катушки индуктивности - позволяют запасать электрическую энергию в магнитном поле.

· сглаживающие фильтры и различные селективные цепи.

· 1) требуемое значение индуктивности (Гн, мГн, мкГн, нГн),

2) максимальный ток катушки. Большой ток очень опасен из-за слишком сильного нагрева, при котором повреждается изоляция обмоток. Кроме того, при слишком большом токе может произойти насыщение магнитопровода магнитным потоком, что приведет к значительному уменьшению индуктивности,

3) температурный коэффициент индуктивности,

4) активное сопротивление провода обмотки,

5) добротность катушки. Она обычно определяется на рабочей частоте как отношение индуктивною и активного сопротивлений,

6) частотный диапазон катушки.

· Дроссель - предназначение– «задерживать» (снижать на определенный период времени) влияние токов определенного диапазона частот. Высокое сопротивление переменному току и малое сопротивлением постоянному;

· Трансформатор - имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

· Индуктивное сопротивление обусловлено возникновением ЭДС самоиндукции в элементе электрической цепи. Изменение тока и, как следствие, изменение его магнитного поля вызывает препятствующую изменению этого тока ЭДС самоиндукции. Величина сопротивления зависит от индуктивности L {\displaystyle L} элемента и угловой частоты ω {\displaystyle \omega } протекающего тока:

 

4. Полупроводниковые диоды. Назначение, классификация, характеристики и основные параметры. Буквенное и условное графическое обозначение (УГО) в электрических схемах. Стабилитроны. Светоизлучающие диоды. Фотодиоды. Оптроны. Тиристоры. Симисторы.

· Диод — это полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя выводами.

· Низкочастотные Высокочастотные СВЧ

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов, предназначены для применения в импульсных режимах работы.

Детекторные диоды предназначены для детектирования сигнала

Смесительные диоды предназначены для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты.

· Вольт-амперная характеристика

Максимально допустимое постоянное обратное напряжение

Максимально допустимый постоянный прямой ток

Номинальный постоянный прямой ток

Прямое постоянное напряжение на диоде при номинальном токе (т. н. «падение напряжения»)

Постоянный обратный ток, указывается при максимально допустимом обратном напряжении

Диапазон рабочих частот

Ёмкость

Пробивное напряжение (для защитных диодов и стабилитронов)

Максимально допустимая мощность рассеивания

стабилитро́н, или диод Зенера — полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. напряжение стабилизации - это напряжение, которое "оседает" на концах стабилитрона.

Светодиоды - «электроны» и «дырки» — рекомбинируют с излучением фотонов
Фотодиод - При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода.

Оптрон — электронный прибор, состоящий из излучателя света и фотоприёмника, связанных оптическим каналом

Тиристор — это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или больше взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно соотнести к электронным ключам. Но есть в тиристоре одна особенность, он не может перейти в закрытое состояние (выкл) в отличие от обычного ключа. Т.н. «не полностью управляемый ключ.»

Симистор - в отличие от тиристора, который проводит ток только в одном направлении, симистор способен проводить ток в двух направлениях. Именно поэтому симистор прекрасно работает в сетях переменного тока. Эквивалентен 2-м тиристорам включенным «валетом».

 

 

5. Биполярные транзисторы. Назначение, классификация, входные и выходные характеристики, основные параметры (h₁₁, h₁₂, h₂₁, h₂₂). Буквенное и условное графическое обозначение (УГО) в электрических схемах.

· Транзистор - электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. Управляется ТОКОМ

· основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

· NPN PNP

· Коэффициент передачи по току.

Входное сопротивление.

Выходная проводимость.

Обратный ток коллектор-эмиттер.

Время включения.

Обратный ток коллектора.

Максимально допустимый ток.

Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

· Параметры транзистора

входное сопротивление биполярного транзистора и измеряется в омах.

_ - коэффициент обратной связи по напряжению

— коэффициент прямой передачи по току

— выходная проводимость, измеряется в симменсах

6. Полевые транзисторы. Назначение, классификация, характеристики, основные параметры. Буквенное и условное графическое обозначение (УГО) в электрических схемах.

· Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, обычно с тремя выводами, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля. т.е. напряжения.

· основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

· Вольт - амперная и сток - затворная характеристики полевого транзистора

· Общие параметры полевых транзисторов:

1. Максимальный ток стока при фиксированном напряжении затвор-исток.
2. Максимальное напряжение сток-исток, после которого уже наступает пробой.
3. Внутреннее (выходное) сопротивление. Оно представляет собой сопротивление канала для переменного тока (напряжение затвор-исток — константа).
4. Крутизна стоко-затворной характеристики. Чем она больше, тем «острее» реакция транзистора на изменение напряжения на затворе.
5. Входное сопротивление. Оно определяется сопротивлением обратно смещенного p-n перехода и обычно достигает единиц и десятков МОм (что выгодно отличает полевые транзисторы от биполярных «родственников»). А среди самих полевых транзисторов пальма первенства принадлежит устройствам с изолированным затвором.
6. Коэффициент усиления — отношение изменения напряжения исток-сток к изменению напряжения затвор-исток при постоянном токе стока.

 

7. Интегральные микросхемы. Классификация.

 

· ИМС— электронная схема произвольной сложности (кристалл), изготовленная на полупроводниковой подложке (пластине или плёнке) и помещённая в неразборный корпус.

· Классиф. по степени интеграции

малая интегральная схема (МИС) — до 100 элементов в кристалле,

средняя интегральная схема (СИС) — до 1000 элементов в кристалле,

большая интегральная схема (БИС) — до 10 тыс. элементов в кристалле,

сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — более 10 тыс. элементов в кристалле.

· по виду обрабат. Сигнала – цифровые и аналогово-цифровые, аналоговые (цап, ацп)

 

 

7. Пассивные фильтры: нижних частот, верхних частот, полосовые, режекторные; схемы, характеристики. Расчет фильтров.

 

 

Усилители. Амплитудная и амплитудно-частотная характеристики. Основные параметры: коэффициент усиления, полоса пропускания, коэффициент нелинейных искажений.

 

 

Амплитудная характеристика. _АЧХ усилителя с полосой пропускания

коэффициент нелинейных искажений- отношение среднеквадратичной суммы спектральных компонент выходного сигнала, отсутствующих в спектре входного сигнала, к среднеквадратичной сумме всех спектральных компонент входного сигнала

 

 

10. Апериодический усилитель на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером. Схема. Расчет.

Схема апериодического резонансного усилителя на биполярном транзисторе по схеме с ОЭ

 

С повышением частоты увеличивается влияние проводимостей транзистора. Для уменьшения их влияния значение Rк выбирают по возможности минимальным, вплоть до Rк=100…300 Ом. Возможно, включение последовательно с Rк корректирующего дросселя Lдр. Рабочая точка транзистора определяется резисторами базового делителя Rб1, Rб2 и Rэ. Сопротивление Rэ также осуществляет термостабилизацию УП (ООС по постоянному току). Емкость Cэ устраняет отрицательную обратную связь по переменной составляющей. Цепочка RфCф образует фильтр по цепи питания. Емкости Ср являются разделительными.