В качестве ИС : лампы накаливания, лазеры.
В качестве ФП :фото диоды, транзисторы, резисторы
Светодиод
П.П прибор с одним p-n переходом свечение которого вызывается рекомбинацией носителя заряда при прямом смещении
В- яркость (канд/м2 )
«+» - Широкий линейный участок
Фотодиод
П.П прибор с одним p-n переходом ВАХ которого изменяется под действием светового потока. Освещение п/п увеличивает концентрацию неосновных носителей заряда,увеличивает обратный ток
Различают 2 режима работы:
а)генераторный
б)фотодиодный
Iф-фототок Iобщ=Iф-Iт (e-U/mjT-1)
Фототранзистор.
Могут работать с заданным смещением и с плавающей рабочей точкой
Работа: свет попадает в базу, образуются электрончики которые уменьшают барьер эмитерного перехода и увеличивают диффузионный ток транзистора.
ВАХ
Электронные усилители
Это наиболее распространенные устройства в электротехнике. В общем смысле усилитель есть преобразователь энергии источника питания в энергию сигнала нагрузки, под действием входного управляющего сигнала, у которого значительно меньше энергии. Материальной моделью усилителя является его дифференциальное уравнение.
Усилитель-нелинейный элемент однако в линейных усилителях нелинейность мала и поэтому нелинейные дифференциальные уравнения линеаризируют =>получая комплексный коэффициент передачи усилителя:
К(jω)=ΔUвх(jω)/ΔUвх(jω)
АЧХ-│К(jω)│ ФЧХ-argК(jω)
Модель усилителя:
e=KххU1
1)Kхх-комплексное число усиления
К0 модуль коэффициента усиления
2)Zвх- сопротивление U1/I1
3)Zвых- сопротивление Uxх/Iкз
Класификация.
1) По входному и выходному сигналу(I,U,P)
2) По роду сигнала:переменные, постоянные, импульсные
3) По принципу связи между каскадами:с емкостной, трансформаторной, оптической и др.
Искажение усилительных устройств
Важным показателем усилителей является точность вопроизведения на выходе входного сигнала. Всякое отклонение является искажением Uвых=kUвх
Искажения бывают линейные нелинейные и переходные. Линейные возникают из-за частотной зависимости Кусил.
Частотные
Мн=К0/Кн Мн(Дб)=20lg(К0/Кн) Мв= К0/Кв
Фазовые искажения
Появление дополнительного фазового сдвига между Uвх и Uвых
Переходные искажения считают всякое отличие от переходной характеристики h(1) усилительного устройства от функции единичного скачка
Нелинейные искажения объясняются наличием нелинейных элементов(все п/п элементы, катушки, конденсаторы)
В результате спектр выходного сигнала обогащается высшими гармониками и получаются нелинейные искажения.
Рассмотрим амплитудную характеристику усилителя
1)Коэфициент нелинейного искажения (КНИ)
N
å U2mn
Кни=Ö
n=2
N
å U2mn
n=1
2)Коэффициент гармонических искажений
N
å U2mn
Кги=Ö
n=2
U2m1
Кг=Um3/Um1
3)Шумы усилителя, дрейф нуля.(шумы тепловые, дротовые, фригерные)
Обратная связь усилительных устройств.
Современные усилители обладают значительными разбросами параметров, нелинейностью, температурной нестабильностью.Наиболее эффективный способ уменьшения этих факторов есть введение глубокой отрицательной обратной связи (входное напряжение формируется как результат вычитания входного напряжения и части выходного сигнала, причем так чтоб свести отличия к минимуму). Тем самым компесируется влияние всех факторов приводящих к отличию от входного сигнала: частотные искажения и нестабильность параметров усиления
Различают обратные связи по постояному и переменному току, положительные и отрицательные.
Разновидности ОС
ОС различают по способу получения сигнала:
1)ОС по напряжению
2)ОС по току
3)Комбинированные
По способу введения сигнала ОС
1)Последовательная ОС
2)Паралельная ОС
3) Комбинированные
Влияние ОС на характеристики усилителей
γ=U1/ec½U2=0
b=U1/U2½ ec =0 U2=KU1
Koc=U2/ ec =KU1/ ec
U1= ec γ +bU2= ec γ +bKU1
U1=( ec γ /1-Kb)
Koc=(K γ /1-Kb)=K γ /F=K γ /(1-T)
F- глубина ОС (½F½<1 - ПОС, ½F½>1 - OОС)
T- петлевое усиление (по петле ОС)
ООС усилителя уменьшает К в F(глубину) раз
ООС усилителя уменьшает нестабильность параметров усилителя в F(глубину) раз
ООС усилителя уменьшает частотные и фазовые искажения в F(глубину) раз
Кос=(-γК/1+Kb)= -γ/((1/k)+b)»-γ/b (так как на входе «-»)
γ=R2/(R1+R2) b= R1/(R1+R2) Kос= -(R2/R1)
Нелинейные искажения усилителя уменьшаются в F(глубину) раз
Кгn.оос=Кгn/Fn
Влияние ООС на входное сопротивление усилителя.
Если ООС последовательная,то Rвхос=Rвх(1+Кххb)+Rb»RвхF
Rвх увеличивается в глубину раз.
Если ООС параллельная то Rвхос»Rвх||(Rb/F)» Rb/F
Rвх уменьшается в глубину раз.
Влияние ООС на выходное сопротивление
Если ООС по напряжению то Rвыхос =Rвых/F
Если ООС по току Rвыхос =Rвых+RосF
Основные функционыльные элементы УУ
1)Элементы задания режима покоя. Педназначены для задания рабочей точки. Рабочая точка характеризуется: рабочими токами и напряжениями.
Iб, Uбэ, Uкэ, Iко
В качестве элементов обычно используются резисторы, реже диоды, стабилитроны, ИП
2)Элементы стабилизации режима покоя
Введение последовательной ООС по току
Uвх=Uбэ+Uэ
Uбэ=Uвх-Uэ
Uэ=Uос
Введение параллельной ООС по напряжению
3)Элементы связи УУ
-Гальваническая –Емкостная -Индуктивная
-Оптическая
Выбор режима работы транзистора в УУ и его работа
С1-разделительный
R1 R2-базовый делитель(для задания U на базе)
Uэ-Uос (для термостабилизации)
Сэ-для устранения ОС по ~ I
Rк-для снятия вых U
Характеристики RC цепей
Дифференцирующая цепь Интегрируюшая цепь
К(jω)=U2(jω)/U1(jω)
АЧХ=½К(jω)½ ½Z½=Ö(a2+b2)
ФЧХ=argК(jω) argZ=arctg(b/a)
Xc=1/ jωc
K(jω)=Z2/(Z1+Z2)=R/(R+(1/ jωc))=RjωC/(Rjωc+1)=
+=ωt/jωt+1=½ К(jω)½= ωt/Ö1+( ωt)2
argК(jω)=arctg∞= arctg(jω)= π/2- arctg(ωt)
АЧХ
1 1
ФЧХ -p/2
p/2
Интегрирующая
К(jω)=Z2/(Z1+Z2)=(1/jωc)/(R+1/(jωc)=1/(Rjωc+1)=
=1/(jω t+1)
К(jω)=1/√(1+( ω t)2)
arctg K(jω)=arctg0-arctg ω t= - arctg ω t
