Режимы работы усилителей мощности (УМ)

СХЕМОТЕХНИКА

Конспект лекций

                                        

                                      

                         

 

 

Санкт-Петербург

2018 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………….. 3

ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ…………………………………………………………………. 4

Режимы работы усилителей мощности (УМ). ……………………………… 4

Усилитель мощности с трансформаторным выходом,

 работающий в режимах класса А и В................................................................ 7

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ……………………………………………….. 8

Основные понятия и определения…………………………………………….. 8

Активные фильтры НЧ первого порядка…………………………………….  10

Активные фильтры НЧ второго порядка………………………………….....  12

Гираторы………………………………………………………………………   14

СЕТЕВЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ…………   16

Сетевые трансформаторы…………………………………………………….   16

Одно- и двухполупериодные выпрямители…………………………………   17

Емкостной сглаживающий фильтр………………………………………….    20

СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ………………………………………   22

Параметрический стабилизатор напряжения……………………………...     22

Компенсационный стабилизатор напряжения …………………………….   25

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

 И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ…………………………………………………. 27

Резистивные датчики ………………………………………………………..   27

Мостовая схема включения. ………………………………………………… 29

Потенциометрические датчики……………………………………………….31

Индуктивные датчики ……………………………………………………….. 34

Емкостные датчики ………………………………………………………….. 36

ДИСКРЕТНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ………………………………….. 37

Абсолютные датчики углового положения………………………………… 37

Преобразователи углового перемещения накопительного типа…………. 42

Литература……………………………………………………………………. 43

Введение

Данный курс лекций позволяет получить представление о принципе работы ряда электронных устройств, входящих в состав типовой системы автоматического управления. В самых общих чертах контур автоматического управления содержит датчик некоторой физической величины, устройство сравнения ее значения с заданным, предварительный усилитель сигнала ошибки, возможно, некоторый функциональный преобразователь (например, дифференциатор, интегратор, частотный фильтр и т.д.), усилитель мощности и исполнительное устройство. Кроме того все составные части системы должны получать энергию от некоторого источника питания.

 Значительное количество информации по маломощным усилителям и функциональным преобразователям изучалось в курсе «Электроника». В текущем курсе предлагается рассмотреть:

- аналоговые и цифровые датчики для преобразования различных неэлектрических физических величин в электрические,

- активные электрические фильтры

- варианты усилителей мощности для переменного аналогового сигнала

- простейшие источники питания, включая стабилизированные

 

Акцент сделан  на основных принципах построения схем, без углубления в вопросы их усовершенствования.

Выходные каскады систем автоматического управления

Целью работы систем автоматического управления является управление каким-либо параметром объекта (скоростью, перемещением, температурой и т.д.). Непосредственно эту задачу выполняет исполнительное устройство (двигатель, нагреватель и др.). В системах с электрическим управлением сигнал на исполнительное устройство поступает с силового выходного каскада системы управления, являющегося усилителем мощности.

 

Режимы работы усилителей мощности (УМ). 

Традиционно классы усилителей различаются по положению рабочей точки на статических характеристиках усилительного прибора. Позднее добавили классификацию усилителей по режиму работы: ключевой и токовый режимы работы, однако мы рассмотрим только традиционную классификацию, приведенную на  рис. 1.

Рис. 1. Классификация усилителей

Режим работы усилителя определяется положением рабочей точки на характеристике прямой передачи по току усилительного прибора, такого как биполярный или полевой транзистор, электронная лампа. Достаточно часто режим работы усилителя называется классом работы. Выбор рабочей точки может значительно влиять на основные характеристики усилителя, такие как коэффициент усиления, нелинейные искажения и к.п.д.

При определении класса усилителя пользуются идеализированной статической характеристикой усилительного прибора. При этом реальная проходная характеристика заменяется кусочно-линейной аппроксимацией, как это показано на рис 2.

Рису 2. Идеализированная статическая характеристика усилительного прибора

В зависимости от положения рабочей точки на характеристике прямой передачи усилительного прибора и формирования тока коллектора (анода, стока) различают следующие виды аналоговых (токовых) режимов:

1. усилитель класса A — рабочая точка выбирается в середине линейного участка статической характеристики

2. усилитель класса B — рабочая точка выбирается в начале линейного участка статической характеристики

3. усилитель класса C — рабочая точка выбирается ниже начала линейного участка статической характеристики.

Особенности усиления сигнала в усилителях этих классов иллюстрируются рис.3. На этом рисунке приведены временные диаграммы выходного тока транзистора в зависимости от положения рабочей точки (b) при поступлении на вход синусоидального сигнала. Как видно из этих временных диаграмм, усилители классов B и C обладают значительной нелинейностью и для ее устранения приходится применять специальные меры, такие как фильтрация выходного сигнала или применение двухтактных схем.

Рис. 3. Положение рабочей точки в усилителях класса A, B и C

Усилители класса C предназначены для усиления узкополосных высокочастотных сигналов с высоким к.п.д.

Усилители классов A, B используются для усиления низкочастотных широкополосных сигналов, таких как звуковые или телевизионные сигналы. При этом класс B может быть использован только в двухтактных каскадах. Усилители класса A могут использоваться и для усиления высокочастотных сигналов если более важным параметром усилителя является его линейность и коэффициент шума. Усилители класса B тоже могут использоваться для усиления высокочастотных сигналов.