Меню

Определить коэффициенты усиления по напряжению

Коэффициенты усиления усилителей

Среди многих показателей, усилительных устройств важнейшими являются коэффициенты усиления. Различают коэффициенты усиления по мощности K P = Р ВЫХ/ Р ВХ, по напряжению K = U ВЫХ/ U ВХ и по току K Т = I ВЫХ/ I ВХ. Особенно широко используется коэффициент усиления сигнала по напряжению (поэтому его обычно приводят без индекса), а также сквозной коэффициент усиления по напряжению K СКВ. Все они определяются при гармоническом входном сигнале в режиме усиления.

Коэффициент усиления по напряжению K представляет собой отношение значения комплексной амплитуды напряжения сигнала на выходе к комплексной амплитуде напряжения сигнала на входе усилителя:

где – модуль коэффициента усиления; φ K – сдвиг фазы между выходным и входным напряжениями сигнала, возникающий из-за влияния реактивных составляющих сопротивлений в цепях усилителя и в нагрузке, а также из-за влияния инерционности УЭ.

Сквозной коэффициент усиления по напряжению K СКВ представляет собой отношение значения комплексной амплитуды напряжения сигнала на выходе усилителя к амплитуде ЭДС источника сигнала:

,

где – модуль сквозного коэффициента усиления по напряжению;

– напряжение источника сигнала;

– сдвиг фазы между выходным напряжением сигнала усилителя и ЭДС источника сигнала.

Сквозной коэффициент усиления по напряжению позволяет оценить усилительные свойства усилителя в целом с учетом входной цепи, что совершенно необходимо при использовании усилителя с обратной связью. Его можно представить в виде произведения коэффициента передачи напряжения входной цепи усилителя и коэффициента усиления по напряжению :

,

где – комплексный коэффициент передачи напряжения входной цепи усилителя, характеризуемый модулем k 1И = U вх/ e 1И и углом сдвига фазы φ вх между входным напряжением сигнала усилителя и ЭДС источника сигнала.

Коэффициент усиления по току K T представляет собой отношение установившегося значения комплексной амплитуды тока сигнала на выходе к комплексной амплитуде тока сигнала на входе усилителя:

где – модуль коэффициента усиления по току;

φ K т – сдвиг фазы между выходным и входным токами усилителя.

Как видно, в общем случае K, K СКВ, k 1И и K Т являются комплексными величинами, зависящими от частоты.

Очень часто представляют интерес коэффициенты усиления и коэффициент передачи входной цепи в области средних частот, где влияние реактивных составляющих сопротивлений в цепях усилителя и инерционных свойств УЭ пренебрежимо мало и сдвиги фаз равны нулю φ K = 0, φ вх = 0, φ K т = 0, а модули коэффициентов усиления и коэффициента передачи входной цепи не зависят от частоты, являясь действительными величинами:

; ; .

Здесь индекс ноль обозначает средние частоты.

На практике проще всего измерять коэффициент усиления по напряжению, так как в этом случае не надо разрывать цепь для проведения измерений. Он удобен для сравнительной оценки усилительных свойств на различных УЭ, так как измерительных приборов, таких как вольтметр или осциллограф, в лабораториях значительно больше других.

И наконец, коэффициент усиления по мощности K P представляет собой отношение мощности сигнала Р вых, отдаваемой усилителем в нагрузку, к мощности сигнала Р вх, подводимой к входу усилителя от источника сигнала: K P = Р вых/ Р вх.

Следует отметить, что иногда применяют так называемый коэффициент усиления номинальной мощности источника сигнала K P ном = Р вых/ Р вх ном, где Р вх ном = Е 2 ист/4 R вх – номинальная мощность, отдаваемая источником сигнала на согласованный с ним вход усилителя, т. е. при R ист = R вх, когда k 1И = 0,5 и U вх = 0,5 e 1И.

Коэффициенты усиления выражаются как в относительных значениях (в разах), так и в логарифмических единицах – децибелах:

K (дБ) = 20 lg K; K СКВ (дБ) = 20 lg K СКВ.

Для анализа свойств (показателей и характеристик) усилителя источник сигнала, усилитель и нагрузку представляют в виде эквивалентных электрических схем по сигналу (по переменному току).

Источник сигнала представляют в виде независимого активного двухполюсника, т. е. либо в виде независимого источника ЭДС ė 1И с внутренним (выходным) сопротивлением Ż 1И, как изображено на рис. 5, либо в виде независимого источника тока İ 1И = ė 1И/ Ż 1И с параллельно подключенным к нему тем же сопротивлением Ż 1И или, иначе говоря, с выходной проводимостью Ỳ 1И = 1/ Ż 1И, под действием которого (того или другого) на входе усилителя возникают входной ток İ ВХ и входное напряжение Ů ВХ сигнала, и, следовательно, к входу подводится мощность сигнала Р ВХ. Нагрузку представляют обычно в виде сопротивления Ż 2 H.

Рис. 5. Режим переменного тока

В общем случае все приводимые в эквивалентных схемах величины (за исключением мощностей) имеют комплексный характер и зависят от частоты сигнала. Это обусловлено нестационарными (переходными) процессами в цепях усилителя, вызываемых влиянием реактивных элементов схемы (индуктивных и емкостных), а также влиянием инерционных свойств УЭ (на высоких частотах). При этом все сопротивления Ż 1И, Ż ВХ, Ż ВЫХ и Ż 2Н содержат кроме резистивных составляющих сопротивлений R и реактивные составляющие соответственно ± jX 1И, таким образом, для источника сигнала е 1И внутреннее сопротивление Ż 1И = R 1 И ± jX 1И.

Следует отметить, что для практики особый интерес представляют случаи, когда влиянием реактивных составляющих сопротивлений можно пренебречь ввиду их малости, например в области средних частот. В этих случаях все сопротивления становятся резистивными и не зависящими от частоты, Z 2Н = R 2 Н, а следовательно, и все ЭДС, напряжения и токи становятся действительными и не зависящими от частоты. Рассмотренные ниже примеры с различными активными четырехполюсниками в целях упрощения анализа приводятся как раз для области средних частот.

Читайте также:  Как изменить амплитуду напряжения

Простейший усилитель содержит один УЭ с пассивными элементами связи (ЭС), например резисторами, конденсаторами, трансформаторами, соединяющими УЭ с источником сигнала, с нагрузкой и с источником питания, создающими ему наивыгоднейшие условия работы. На структурной схеме УЭ и ЭС объединяют и представляют одним активным четырехполюсником (рис. 5).

Источник



Коэффициент усиления по напряжению (в разах)

где, Uвых – выходное напряжение усилителя; Uвх – напряжение сигнала или входное напряжение усилителя.

Коэффициент усиления по напряжению в (дБ)

Коэффициент усиления по току (в разах)

где, Iвых – ток в нагрузке; Iвх – ток на входе усилителя.

Коэффициент усиления по току (в дБ)

Коэффициент усиления по мощности (в разах)

где, Рвых – активная мощность, выделяемая в нагрузке, Рвх – мощность, потребляемая входной цепью усилителя.

Эти коэффициенты связывает соотношение:

Коэффициент усиления по мощности (в дБ)

Выходной мощностью Рвых усилителя или его номинальной мощностью называют полезную мощность, которая выделяется на нагрузке Rн при заданном уровне нелинейных искажений:

где Uвых max — максимально допустимое действующее значение выходного напряжения.

Коэффициенты усиления для многокаскадных усилителей

Усилитель напряжения может состоять из нескольких каскадов, обеспечивающих необходимый коэффициент усиления устройства.

Результирующий коэффициент усиления усилителя равен произведению коэффициента усиления всех каскадов:

5. Коэффициент полезного действияусилителя позволяет оценить его экономичность, он равенству

где, Рпотр – мощность, потребляемая от источников питания усилителя.

Таблица 4 — Перевод дБ в разы по напряжению и мощности

Обратные связи в усилителях

Обратной связью называется воздействие выходной цепи устройства на входную цепь, т.е. когда часть выходного сигнала подается на вход.

На рис. 1 изображена блок-схема усилителя с обратной связью.

uс uвых

uвх

Рис. 1 Блок-схема усилителя с обратной связью.

Обратные связи в усилителях либо создаются специально, либо возникают самопроизвольно. Самопроизвольные связи называются паразитными связями.

Обратные связи бывают положительными и отрицательными. Если при наличии обратной связи входной сигнал складывается с сигналом обратной связи, в результате чего в усилитель поступает увеличенный сигнал, то такую связь называют положительной, положительная обратная связь используется в генераторах сигналов.

Если после введения обратной связи сигналы на входе и на выходе усилителя уменьшаются, что обуславливается вычитанием сигнала обратной связи из входного сигнала, то такую связь называют отрицательной. В усилителях отрицательная обратная связь широко используется. Введение отрицательной обратной связи увеличивает стабильность работы усилителя, уменьшая нелинейные искажения, увеличивает входное и уменьшает выходное сопротивление, однако всегда снижает коэффициент усиления устройства.

Для расчета коэффициента отрицательной обратной связи (ООС) используют следующую формулу

где β— коэффициент обратной связи;

Коос — коэффициент усиления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью (после введения ООС);

К- коэффициент усилителя до введения отрицательной обратной связи;

Определите основные параметры усилителей в следующих заданиях. Номера заданий выбрать в соответствии со своим вариантом по таблице №3.

Таблица 5- Исходные данные к заданию 4

Номер варианта Номер задачи Номер варианта Номер задачи
1, 23 1, 13
2, 21 2, 12
3, 22 3,16
4, 20 4, 12
5,19 5, 20
6, 18 6, 19
7, 17 7, 22
8, 16 8,11
9, 15 9, 14
10, 14 10,17

Задача 1. Усиление по напряжению усилителя равно 100.Усиление первого каскада равно 18 дБ. Второго каскада – 5 дБ. Определить коэффициент усиления третьего каскада.

Задача 2. На входе усилителя имеется сигнал с напряжением 10 мкВ. Определить напряжение на выходе усилителя, если его коэффициент усиления 100 дБ.

Задача 3. Коэффициент усиления по мощности усилителя равен 125.9. Определить коэффициент усиления по напряжению, если коэффициент усиления по току равен 7 дБ.

Задача 4. В трехкаскадном усилителе коэффициенты усиления каскадов равны 15, 20 дБ и 10. Определить коэффициент усиления всего усилителя.

Задача 5.В трехкаскадном усилителе коэффициент усиления равен 1000. Определить коэффициент усиления третьего каскада, если известны а1=20 дБ и К2=2.

Задача 6. Коэффициенты усиления каскадов усилителя составляют 20, 30 и 40. Определить коэффициент усиления усилителя и перевести значение в децибелы.

Задача 7. На входе усилителя имеется сигнал с мощностью 100 мВт. Определить мощность на выходе усилителя, если его коэффициент усиления 60 дБ. Определить КПД усилителя.

Задача 8. Коэффициент усиления по мощности усилителя равен 631. Определить коэффициент усиления по току, если коэффициент усиления по напряжению равен 10 дБ.

Задача 9. В трехкаскадном усилителе коэффициенты усиления каскадов равны 15, 20 дБ и 10. Определить коэффициент усиления всего усилителя.

Задача 10. В трехкаскадном усилителе коэффициент усиления равен 1500. Определить коэффициент усиления второго каскада, если известны К1=40 дБ и К3=4.

Задача 11. Коэффициент усиления двухкаскадного усилителя после введения обратной связи понизился со 150 до 80. Определить коэффициент отрицательной обратной связи.

Читайте также:  Стабилизатор анодного напряжения полевой

Задача12. Коэффициент усиления первого каскада в двухкаскадном усилителе равен 20, второго 15. Определить коэффициент усиления после введения общей отрицательной обратной связи, если коэффициент обратной связи равен 0,004.

Задача 13. Коэффициенты усиления двухкаскадного усилителя, каждый каскад которого охвачен отрицательной обратной связью, соответственно равны К100С=10, К200С=20. Определить коэффициент обратной связи всего каскада, если общий коэффициент усиления усилителя до ее введения равен 600.

Задача 14. Коэффициенты усиления двухкаскадного усилителя, каждый каскад которого охвачен отрицательной обратной связью, соответственно равны К100С=10, К200С=20. Определить коэффициенты обратной связи каждого усилителя, если К1 и К2 каскадов соотносятся как 2:3, если общий коэффициент усиления усилителя до ее введения равен 600.

Задача 15. Определить коэффициент прямого усиления, если после введения цепи отрицательной обратной связи с β=0,02, коэффициент усиления понизился до 100.

Задача 16. Общий коэффициент усиления до введения отрицательной обратной связи равен 300. Коэффициент усиления первого каскада равен 10. Определить коэффициент усиления второго каскада, а также коэффициент усиления всего усилителя после введения обратной связи, если β=0,047.

Задача 17. В трехкаскадном усилителе коэффициенты усиления после введения отрицательной обратной связи для каждого каскада стали соответственно равны К100С=5, К200С=10, К300С=15. До введения обратной связи они соотносились как 1:2:3 и общее усиление составляло 6000. Определить коэффициенты обратной связи для каждого каскада.

Задача 18. Коэффициент усиления каскада равен 100. Как изменится усиление при введении отрицательной обратной связи с β=0,02.

Задача 19. Коэффициенты отрицательной обратной связи для каждого каскада с К1=10 и К2=40 в двухкаскадном усилителе соответственно равны 0,01 и 0,02. Определить коэффициенты усиления после введения местной обратной связи.

Задача 20. На вход усилителя подается напряжение 0,2 В, а на нагрузку после усиления идет напряжение 2 В. Определить как изменится выходное напряжение, если усилитель будет охвачен отрицательной обратной связью с β=0,05.

Задача 21. Коэффициенты усиления трехкаскадного усилителя соответственно равны 10, 15 и 5. Как изменится усиление после введения отрицательной обратной связи с β=0,05.

Задача 22. Коэффициент усиления в двухкаскадном усилителе равен 200. Обратную связь с каким коэффициентом необходимо подключить к усилителю, чтоб общий коэффициент усиления уменьшился на 20%.

Задача 23. Коэффициенты усиления двухкаскадного усилителя, каждый каскад которого охвачен отрицательной обратной связью, соответственно равны К100С=10, К200С= (90·К100С) 0,5 . Определить коэффициент обратной связи всего каскада, если общий коэффициент усиления усилителя до ее введения равен 900.

ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ

1.Электропроводность твердых тел. Зонные диаграммы. Собственные полупроводники.

2.Примесная проводимость полупроводников.

3. Принцип работы p-n-перехода при пропускном и закрытом состоянии.

4. Выпрямительные диоды. УГО, ВАХ, параметры.

5. Стабилитроны и стабисторы. УГО, ВАХ, основные параметры.

6. Биполярные транзисторы. УГО, режимы работы, Маркировка.

7. Схемы включения биполярного транзистора. Схема с ОК, основные параметры.

8. Схема включения транзистора с ОБ, основные параметры.

9. Схема включения транзистора с ОЭ, основные параметры.

10. Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом, УГО, ВАХ.

11.Транзисторы с изолированным затвором и встроенным каналом. УГО, принцип работы, ВАХ.

12.Транзисторы с изолированным затвором и встроенным каналом. УГО, принцип работы, ВАХ.

13.Динисторы и тринисторы. УГО, ВАХ, основные параметры, схемы включения.

14.Терморезисторы. УГО, основные параметры и характеристики, применение, схемы включения.

15.Варисторы. УГО, основные параметры, применение, схемы включения.

16.Светодиод. УГО. Схема включения. ВАХ. Основные характеристики. Маркировка.

17.Двухполупериодная схема выпрямления. Принцип работы, временные диаграммы.

18.Оптопары и их виды.

19.Принцип выпрямления объясните на однополупериодной схеме выпрямления. Временные диаграммы.

20.Мостовая схема выпрямления. Принцип работы, временные диаграммы.

22.Частотная, переходная, амплитудная характеристики усилителей.

23.Динамический режим работы транзистора.

24.Обратная связи и ее виды.

25.Способы подачи напряжения питания. Межкаскадные связи в усилителях.

26.Усилители постоянного тока. Принцип работы. Характеристики.

27.Дифференциальный усилитель. Принцип работы. Характеристики.

28.Операционные усилители. Характеристики. Виды ОУ.

29.Электронные ключи на БТ.

30.Инжекторные лазеры. Характеристики. Назначение.

31.Электронные генераторы. Классификация. Автогенератор.

32.Колебательные контуры. Связанные контуры.

33.Автогенератор типа RC.

34.Автогенератор типа LC.

35.Импульсные сигналы и их параметры

36.Мультивибраторы. Назначение. Устройство. Принцип действия.

37.Триггеры. Назначение. Устройство. Принцип действия.

38.Общие сведения об интегральных микросхемах. Классификация и маркировка интегральных микросхем.

Источник

Элементы теории ламповых усилительных устройств

Основные технические характеристики усилителя

Коэффициент усиления по напряжению — отношение напряжения, получаемого на выходе усилителя, к напряжению, подведенному к его входу.

Коэффициент усиления по напряжению

Это один из основных показателей» характеризующих работу усилителя напряжения. Для усилителей мощности более важной величиной является выходная мощность. Для многокаскадного усилителя общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления всех каскадов. Каскад — это часть электронной схемы, выполняющая определённую конечную функцию, — например предварительное усиление напряжения или согласование входных и выходных сопротивлений.

Общий коэффициент усиления по напряжению многокаскадного усилителя

Часто коэффициент усиления измеряется в логарифмических единицах — децибелах. Коэффициент усиления по напряжению, выраженный в децибелах определяют по формуле:

Коэффициент усиления по напряжению, выраженный в децибелах

Если коэффициенты усиления, выражены в децибелах, то общий коэффициент усиления усилителя равен сумме коэффициентов усиления каскадов.

Общий коэффициент усиления по напряжению многокаскадного усилителя, выраженный в децибелах

Кроме коэффициента усиления по напряжению, иногда пользуются коэффициентами усиления по току или коэффициентами усиления по мощности.
Выходная мощность является одной из основных величин, характеризующих оконечные каскады (усилители мощности). Максимальная мощность на выходе усилителя ограничена искажениями, возникающими за счет нелинейности характеристик ламп при больших амплитудах сигналов.
Номинальная выходная мощность — наибольшая мощность, при которой искажения не превышают допустимой величины.
Номинальное входное напряжение — напряжение, которое нужно подвести ко входу усилителя, чтобы получить номинальную выходную мощность.

Читайте также:  Стабилизатор напряжения рексона 220в для дома

Коэффициент полезного действия (к. п. д.) усилителя — позволяет оценивать его экономичность. Различают электрический и промышленный к. п. д.
Электрический к. п. д. усилительного каскада равен отношению его полезной выходной мощности к мощности, потребляемой от источника анодного напряжения.
Промышленный к. п. д. равен отношению полезной мощности к мощности, потребляемой от всех источников, питающих данный каскад.
Входное сопротивление усилителя — сопротивление переменному току, которое представляет входная цепь усилителя для источника входного напряжения. Входное сопротивление усилителя зависит от частоты напряжения, подведенного к его входу.
Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания) — область частот, в которой коэффициент усиления изменяется не больше, чем это допустимо по техническим условиям.
Необходимые минимальные граничные частоты полосы пропускания усилителей для некоторых трактов передачи и усиления:
Высококачественное ЧМ радиовещание ( УКВ и FM ) ……… 40 — 16000 Гц
Высококачественное AM радиовещание ( 1 -го класса ) ……… 50 — 8000 Гц
Радиовещание ( 2-го класса ) ………………………………… 80 — 5000 Гц
Магнитная звукозапись и звуковое кино ………………… 40 — 12000 Гц
Hi — End звуковоспроизведение …………………………… 20 – 20000 Гц
Телефония …………………………………………………… 300— 2500 Гц

Динамический диапазон амплитуд — отношение (в децибелах — дБ) амплитуд наиболее сильного и наиболее слабого сигналов. Уровень наиболее слабого передаваемого сигнала ограничивается в усилителе его собственными шумами или уровнем помех. Величина максимального передаваемого напряжения ограничена искажениями, возникающими в усилителе за счет нелинейности характеристик ламп. Передача будет вполне удовлетворительной, если воспроизводятся мощности, отличающиеся в 1 миллион раз. Для этого необходимо передавать напряжения, отличающиеся в 1000 раз (динамический диапазон 60 дБ).
Искажения в усилителях низкой частоты. Искажения, возникающие в усилителях вследствие нелинейности характеристик электронных ламп, полупроводниковых триодов и характеристик намагничивания трансформаторных сердечников, называются нелинейными искажениями. При наличии нелинейных искажений в усилителе на выходе его возникают новые частоты (гармоники), отсутствующие на входе.
Степень нелинейных искажений характеризуется коэффициентом нелинейных искажений (коэффициентом гармоник), представляющим собой отношение корня квадратного из суммы квадратов напряжений гармоник к напряжению основной частоты (первой гармоники):

коэффициент нелинейных искажений

Практически имеют значение только вторая и третья гармоники. Обычно коэффициент нелинейных искажений выражается в процентах. В пятидесятых годах прошлого столетия считалось, что в усилителях, предназначенных для АМ радиоприемников и магнитофонов величина коэффициента гармоник не должна превышать 5 — 7%, а в телевидении и радиотелефонии допускается 15—20%. Современная ламповая схемотехника, позволяет значительно снизить эти величины вплоть до 1 — 2%.

Комбинационные тона — получаются тогда, когда на вход усилителя, вносящего нелинейные искажения, подводятся одновременно колебания нескольких частот. В этом случае на входе, кроме этих частоти их гармоник, появляются суммарные и разностные частотные комбинации между любой, в том числе и первой, гармоникой одной частоты и любой гармоникой другой частоты. Комбинационные тона могут получаться при усилении любой аудиопрограммы.

Искажения, обусловленные изменением величины коэффициента усиления на различных частотах, называются частотными искажениями.

Частотные искажения можно оценить по частотной характеристике усилителя.
Частотной характеристикой усилителя называется зависимость коэффициента усиления от частоты или зависимость от частоты отклонения от среднего значения коэффициента усиления.

Частотная характеристика усилителя

На схеме показан пример частотной характеристики усилителя звуковой частоты. Изменение усиления на разных частотах по отношению к коэффициенту усиления К0 в области средних частот выражено в децибелах. Масштаб по оси частот логарифмический.
Коэффициент частотных искажений — отношение коэффициента усиления на средней частоте к коэффициенту усиления на данной частоте. Для частотных искажений в области нижних частот

Величина частотных искажений в области низких частот

и в области верхних частот, усиливаемого диапазона

Величина частотных искажений в области верхних частот

где К0, Кн и Кв — коэффициенты усиления на средних, низких и высоких — частотах соответственно.
Фазовыми искажениями — называются искажения, возникающие при сдвиге фазы выходного напряжения усилителя на угол φ относительно фазы входного напряжения.

Переходные искажения появляются в результате наложения на воспроизводимый сигнал неустановившихся процессов. Особенно существенными в этом отношении являются неустановившиеся процессы подвижной системы громкоговорителей. Для уменьшения переходных искажений нужно уменьшать выходное сопротивление усилителя.

Микрофонные помехи (микрофонный эффект) — наведение в цепях усилителя мешающего напряжения в результате воздействия на шасси и лампы усилителя механических колебаний в виде звуковых волн, вибраций, ударов и пр.

Фон питающей сети – может присутствовать на выходе усилителя, питаемого от сети переменного тока. Представляет собой переменное напряжение с частотой питающего тока и его гармоник (50, 100, 150, 200 Гц и т. д.), вследствие чего в громкоговорителе бывает слышен фон переменного тока. ГОСТом на радиовещательные приемники от 1956 года, устанавливался уровень напряжения фона на выходе усилителей, который должен был быть меньше наибольшего напряжения полезного сигнала, в 200 раз (46 дб) для приемников 1-го класса, в 70 раз (37 дб) — для приемников 2-го класса и в 20 раз (26 дб) — для приемников 3-го класса.

Источник

Adblock
detector