Аналоговая часть

Ответы на вопросы к зачёту

1. Нарисуйте схему с общей базой для p-n-p-транзистора, подключённого к источнику питания.

2. Нарисуйте схему с общей базой для n-p-n-транзистора, подключённого к источнику питания.

(По аналогии)

3. Нарисуйте схему с общим коллектором (эмиттерный повторитель) для p-n-p-транзистора, подключённого к источнику питания.

4. Нарисуйте схему с общим коллектором (эмиттерный повторитель) для n-p-n-транзистора, подключённого к источнику питания.

(По аналогии)

5. Через какие физические величины определяются h-параметры и что они определяют?

При расчете схем на транзисторах удобно представить транзистор в качестве активного нелинейного четырехполюсника, который характеризуется входными U₁, I₁ и выходным U₂, I₂ напряжениями и токами.

Коэффициенты h11, h12, h21, h22, входящие в эти уравнения, называются h-параметрами транзистора.

– входное сопротивление транзистора.

– коэффициент обратной связи по напряжению.

– коэффициент усиления по току транзистора.

– выходная проводимость транзистора.

6. Какие типы полевых транзисторов Вы знаете?

Различают два вида полевых транзисторов:

1) с управляющим переходом (p-n-переходом или барьером Шоттки).

2) с изолированным затвором.

7. Нарисуйте графическое обозначение полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа.

8. Нарисуйте графическое обозначение полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа.

9. Что такое "напряжение отсечки" для полевого транзистора?

Напряжение на затворе, при котором ток стока (равен нулю или) достигает заданного малого значения, называется напряжениемотсечки U_{ЗИ. отс} (или напряжением запирания).

10. Каким образом возникает индуцированный канал у МДП-транзистора?

Канал между истоком и стоком в таком транзисторе возникает только при подаче на затвор напряжения определенной полярности и величины. При небольшом положительном потенциале на затворе в полупроводнике под затвором возникает электрическое поле, под действием которого концентрация дырок уменьшается, а концентрация электронов – увеличивается. При напряжении на затворе больше порогового U_{ЗИ. пор} (1 – 6 В), концентрация электронов оказывается больше концентрации дырок. При этом возникает тонкий (1 – 5 нм) инверсный слой (инверсия типа проводимости), который и является каналом, соединяющий исток и сток, и транзистор начинает проводить ток.

11. Как классифицируются усилители в зависимости от вида амплитудно-частотной характеристики?

В зависимости от вида АЧХ усилители с линейным режимом работы подразделяются на: усилители постоянного тока, усилители звуковой частоты,усилители высокой частоты,широкополосные усилители,узкополосные усилители.

12. Что представляет собой амплитудная характеристика усилителя?

АЧХ отражает зависимость модуля коэффициента усиления K_U, определенного для входного синусоидального сигнала, от частоты.

Граничные частоты определяются из условия, при котором коэффициент усиления уменьшается в раз.

13. В чём причина нелинейных искажений сигнала в усилителях?

Причина заключается в нелинейности характеристик усилительных элементов, а так же характеристик намагничивания трансформаторов или дросселей с сердечниками.

14. В чём причина частотных искажений сигнала в усилителях?

Частотными называют искажения, обусловленные изменением коэффициента усиления на различных частотах (т.е. АЧХ, показанная на рис. 2, в средней части не является горизонтальной). Причиной частотных искажений является присутствие в схеме усилителя реактивных элементов – конденсаторов, катушек индуктивности, междуэлектродных емкостей усилительных элементов, емкости монтажа и т.д.

15. Какие недостатки имеет простейший усилительный каскад с общим эмиттером и фиксированным током базы?

1) при изменении температуры изменяется положение рабочей точки Р, т.к. изменяется коэффициент усиления транзистора и обратный ток коллектора; 2) из-за разброса коэффициентов усиления дискретных транзисторов необходимо для установления рабочей точки усилительного каскада для каждого транзистора индивидуально подбирать резистор R_б.

16. Какими способами осуществляется стабилизация рабочей точки в каскаде с общим эмиттером?

Для получения наименьших искажений усиливаемого сигнала рабочую точку Р следует расположить на середине отрезка АВ нагрузочной прямой. Рабочей точке Р соответствует ток базы I_БР. Для получения выбранного режима необходимо в усилителе обеспечить требуемую величину тока смещения в цепи базы I_БР. Для этого и служит резистор R_б, величину которого можно определить по формуле R_б = (U_П - U_{БЭ Р}) / I_БР.

17. Что такое режим класса А в мощных усилительных каскадах?

В режиме класса А выбор рабочей точки покоя Р_А (рис. 12) производят приблизительно в середине линии нагрузки так, чтобы рабочая точка (при усилении переменного сигнала) в своем движении по линии нагрузки не заходила в область насыщения и в область отсечки коллекторного тока. Каскады усиления мощности класса А обеспечивают наименьшие нелинейные искажения выходного сигнала, но обладают минимальным КПД в 20 – 30 % (т.к. при отсутствии входного сигнала через транзистор течет приблизительно половина от максимального рабочего коллекторного тока).

18. Что такое режим класса В в мощных усилительных каскадах?

В режиме класса В рабочая точка Р_В выбирается так, чтобы коллекторный ток покоя был равен нулю. Режиму покоя соответствует напряжение U_БЭ = 0. При наличии входного сигнала ток коллектора транзистора протекает только в течении одного полупериода, а в течение другого транзистор работает в режиме отсечки тока. В режиме класса В усилитель мощности выполняют по двухтактнойсхеме с использованием двух транзисторов. Каждый из транзисторов служит для усиления соответствующей полуволны входного сигнала. КПД каскада повышается до 60 – 70 %.

19. Что такое режим класса АВ в мощных усилительных каскадах?

Режим класса АВ является промежуточным между режимами классов А и В. Он позволяет существенно уменьшить нелинейные искажения выходного сигнала, сильно проявляющиеся в режиме класса В вследствие нелинейности начального участка входной характеристики транзистора. Это достигается некоторым смещением точки покоя Р_АВ вверх относительно точки Р_В.

20. Какие недостатки имеют усилители постоянного тока прямого усиления?

Единственно возможна только гальваническая связь между каскадами. Гальваническая связь между каскадами затрудняет установления наивыгоднейших условий работы для каждого каскада. В результате коэффициент усиления последующих каскадов становится все более низким. В УПТ наблюдается нежелательное явление – дрейф нуля – изменение выходного напряжения при постоянстве на его входе. Дрейф нуля вызывается изменением напряжения источников питания, температурными изменениями характеристик транзисторов и других радиоэлементов, изменением параметров транзисторов и резисторов в связи с их старением.

21. Нарисуйте схему дифференциального транзисторного каскада усиления.

22. Как работает усилитель постоянного тока с преобразованием?

23. Нарисуйте дифференцирующую цепь.

24. Нарисуйте интегрирующую цепь.

25. На каком радиоэлементе осуществляется логарифмирование сигнала?

Схемы логарифмирования сигналов применяются в различных измерительных устройствах, например, при измерении уровня сигналов, изменяющихся в больших пределах. Простейшая логарифмическая ячейка (рис. 7) состоит из диода VD и резистора, величина которого R значительно больше сопротивления диода R_D в любой точке ВАХ: R >> R_D. Падение напряжения на диоде U_D прямо пропорционально логарифму напряжения входного сигнала U_BX.

Обычно в логарифмических схемах применяются операционные усилители. Диапазон возможных рабочих напряжений схемы, изображенной ограничен двумя специфическими свойствами диодов. Они обладают паразитным омическим сопротивлением, приводящим к искажению логарифмической характеристики (особенно при больших токах).

26. Какие радиоэлементы являются основой амплитудных ограничителей?

Наиболее простыми являются ограничители на диодах (диодные ограничители). Диодные ограничители бывают последовательными (диод включен последовательно с нагрузкой) и параллельные (диод включен параллельно нагрузке).

27. Что такое "триггер Шмитта"?

Триггер Шмитта функционально является компаратором, уровни включения и выключения которого не совпадают, как у обычного компаратора, а различаются на величину, называемую гистерезисом переключения. Подобные схемы могут быть выполнены на двух транзисторах или на операционном усилителе.

28. Что такое выпрямитель? Какие Вы знаете схемы выпрямления?

Выпрямитель – это устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. Однополупериодная, двухполупериодная и мостовая.

29. Что такое фазовращатель?

Фазовращатели – устройства, которые изменяют фазовый сдвиг проходящего через них сигнала. По принципу работы фазовращатели можно разделить на плавные (аналоговые) и дискретные (цифровые или коммутационные), по способу подключения к внешней схеме – на отражательные и проходные. Фазовращатели могут быть пассивными (без усиления) и активными (с усилением).

30. Как классифицируются фильтры по амплитудно-частотной характеристике?

31. Что такое "активные фильтры"?

Фильтры, содержащие активные элементы называются активными (биполярные и полевые транзисторы, операционные усилители).

32. Как классифицируются генераторы гармонических колебаний?

В зависимости от генерируемых частот генераторы гармонических колебаний разделяются на низкочастотные (0,01 Гц – 100 кГц), высокочастотные (100 кГц – 100 МГц) и сверхвысокочастотные (свыше 100 МГц). По принципу работы различают генераторы с самовозбуждением (автогенераторы), в которых колебания возникают самопроизвольно после подключения питания, и генераторы с внешним возбуждением, в которых для возникновения колебаний требуется внешний начальный сигнал.

33. Какова функциональная схема LC-генератора?

Генератор гармонических колебаний на операционном усилителе. В LC-генераторе операционный усилитель, включенный по неинвертирующей схеме, усиливает входное напряжение в К раз. Подобный усилитель имеет низкоомный выход, поэтому параллельный LC-контур цепи обратной связи подключается к нему через резистор R.

34. Какие два условия необходимы для существования автоколебательного режима в LC-генераторе?

1) bК = 1 – условие баланса амплитуд показывает, что для автоколебательного режима ослабление сигнала, вносимое цепью обратной связи, должно быть компенсировано усилителем;

2) j_у + j_ос = 2pn, где n = 0, 1, 2, 3, … - условие баланса фаз означает, что фаза выходного напряжения схемы обратной связи и фаза входного напряжения усилителя должны совпадать.

35. Что такое "трехточечная схема" генератора?

В схемах таких генераторов колебательный контур имеет три точки соединения с усилителем, в связи, с чем их называют трехточечнымис индуктивной или емкостнойсвязью.

36. Для чего необходим кварцевый резонатор?

Существенно повысить стабильность частоты (до d_f = 10^-3 ¸ 10^-5 %) можно, используя в генераторах кварцевый резонатор, который является эквивалентом последовательного колебательного контура с высокой добротностью Q_К = 10⁴ ¸ 10⁶.

37. Какие функциональные узлы входят в конструкцию синусоидальных RC-генераторов?

Применение LC-генераторов на частотах меньше» 20 кГц затруднено ввиду возрастания массы и габаритов LC-контура. В этом частотном диапазоне преимущественно используются RC-генераторы, в которых вместо колебательного контура применяют избирательные RC-фильтры.

RC-генераторы с фазосдвигающими цепочками. В качестве фазосдвигающих (фазовращающих) используются цепочки, состоящие из простейших Г-образных RC-звеньев (обычно трех (чаще) или четырех (реже), т.к. одно RC-звено изменяет фазу на угол j < 90°, а необходимо изменить фазу на 180°).

RC-генератор с мостом Вина. Обычно мостом Вина называют всю схему, приведенную на и выходное напряжение снимается с диагонали моста ВD. Для RC-генераторов применяют упрощенную схему моста Вина – последовательно-параллельную избирательную цепочку R₁, C₁, R₂, C₂, изображенную на сплошными линиями (в некоторых схемах R₁ и С₁ меняют местами). Точка А при этом подключается к выходу усилителя, а точка В подключается на вход усилителя.

38. Какие Вы знаете названия генераторов прямоугольных импульсов?

Для получения прямоугольных импульсов с крутыми фронтами применяют релаксационные генераторы, которые могут работать в автоколебательном, ждущим и синхронизированном режимах.В автоколебательном режиме генераторы непрерывно формируют импульсные сигналы без внешнего воздействия. В ждущем режиме генераторы формируют импульсный сигнал лишь по приходу внешнего (запускающего) сигнала. В режиме синхронизации генераторы вырабатывают импульсы напряжения, частота которых равна или кратна частоте синхронизирующего сигнала. По физическим принципам генерации различают мультивибраторы и блокин-генераторы.

39. Какие Вы знаете принципы формирования линейно изменяющегося (пилообразного) напряжения?

Принцип получения пилообразного напряжения заключается в медленном заряде (или разряде) через большое сопротивление во время прямого хода и в быстром его разряде (или заряде) через малое сопротивление во время обратного хода.

40. В каких устройствах применяется пилообразное напряжение?

Находят широкое применение в качестве источника эталонного напряжения в аналого-цифровых преобразователях с промежуточным преобразованием напряжения в частоту.