Электронные усилители

1 2 3 4 5 6 7

ЛЕКЦИЯ № 11

по дисциплине Компьютерная схемотехника и архитектура компьютеров

Тема: Аналоговые интегральные микросхемы

Цель лекции: познакомиться с устройством и принципом действия аналоговых интегральных микросхем.

Изучаемые вопросы:

1. Электронные усилители.

2. Эмиттерные повторители.

3. Дифференциальные усилители.

4. Операционные усилители.

4.1. Характеристики и параметры ОУ.

4.2. Функциональные узлы на основе ОУ.

5. Аналоговые компараторы напряжения.

5.1. Однопороговые компараторы.

5.2. Одновходовые компараторы.

Электронный усилитель – устройство, увеличивающее мощность (напряжение, ток) входного сигнала за счет энергии внешнего источника питания посредством усилительных элементов (полупроводниковых приборов, электронных ламп и др.).

Рис. 11.1. Электронный усилитель:

а – структурная схема включения в цепь усиления электрического сигнала;

б – условное обозначение; в – упрощенное изображение.

На рис. 11.1, а представлена структурная схема включения усилителя в цепь усиления электрического сигнала, где

1 - источник входного сигнала;

2 - усилитель;

3 - источник энергии;

4 - нагрузка.

В качестве источников питания усилителя используют стабильные источники энергии постоянного тока. Источник входного сигнала (датчик) формирует изменяющееся во времени напряжение u_вх (ток i_вх) различной амплитуды, частоты и формы. Нагрузка усилителя – устройство, которое можно представить в виде линейного пассивного двухполюсника. Сам усилитель с парой входных и парой выходных зажимов иногда представляют в виде нелинейного четырехполюсника вследствие нелинейности характеристик входящих в него элементов.

Условное обозначение усилителей на схемах изображено на рис. 11.1, б. Напряжение входа u_вх и напряжение выхода u_вх измеряют относительно общего вывода. При упрощенном изображении усилителя в виде прямоугольника, на нем изображают только вход и выход (рис. 11.1, в), опуская выводы напряжения питания U_n и общий вывод.

Важнейшим параметром усилителя является коэффициент усиления по мощности, равный отношению изменения мощности выходного сигнала к изменению мощности входного сигнала. Помимо коэффициента усиления по мощности вводят также коэффициент усиления по напряжению и коэффициент усиления по току.

Важнейшими характеристиками усилителя являются амплитудная и частотные. Амплитудная характеристика (рис. 11.2, а) – это зависимость амплитуды (или действующего значения) выходного напряжения от амплитуды (или действующего значения) входного синусоидального напряжения.

Пунктиром показана амплитудная характеристика идеального усилителя. Отклонение реальной характеристики от идеальной объясняется наличием шумов и нелинейностями характеристик усилительных элементов при слабых и больших входных сигналах.

Рис. 11.2. Характеристики электронного усилителя:

а – амплитудная; б – частотная.

Динамическим диапазоном усилителя в децибелах называют отношение максимального значения входного напряжения к минимальному на линейном участке ab амплитудной характеристики (см. рис. 11.2, а):

Коэффициент усиления по напряжению на этом участке

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) усилителя – это зависимость коэффициента усиления, например, по напряжению K_u от частоты f входного сигнала, т. е. K_u (f) при .

Обычно АЧХ строят на двойной логарифмической сетке: по оси ординат откладывают значения K_u в децибелах, а по оси абсцисс – частоты в логарифмическом масштабе, однако около делений записывают значения частот без логарифма (рис. 11.2, б).

Полоса пропускания усилителя определяет диапазон частот Df (или Dw), в пределах которого коэффициент усиления K_u (на средней частоте) не снижается ниже своего уровня, т. е. Df = f_в - f_н,где f_в и f_н – верхняя и нижняя частоты среза АЧХ усилителя.

Фазочастотная характеристика j (f) – это зависимость угла сдвига фаз j между выходным и входным напряжениями усилителя от частоты (см. рис. 11.2, б). Фазовые искажения в усилителе отсутствуют, когда фазовый сдвиг j линейно зависит от частоты.

Входное и выходное сопротивления усилителя: