Здавалка
Главная | Обратная связь

Принцип работы и назначение элементов УПТ



Уварова Л.В.

Физические основы электроники

Методические указания к выполнению

Домашнего задания

На тему: «Расчет усилителей постоянного тока»

Для студентов специальности

Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов

(для всех форм обучения)

 

 

Одобрено редакционно-издательским советом

Старый Оскол


Рецензенты:

Начальник АСУ прокатного производства М.Д. Вялых,

Зам начальника ЦЭТЛ ОАО «ОЭМК» С.И. Пономарев

 

Уварова Л.В. Электроника. Методические указания к выполнению домашнего задания. Старый Оскол, СТИ МИСиС, 2012,

– 40 с.

 

Методические указания к выполнению домашнего задания по курсу «Физические основы электроники» для студентов специальности 140604– Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов

 

 

© Уварова Л.В.

 

Содержание

 


электроникА.................................................................................................................. 1

методические указания к выполнению.................................................................. 1

Старый Оскол................................................................................................... 1

Содержание....................................................................................................................... 3

1. Цели и задачи домашнего задания..................................................................................... 4

2. Содержание домашнего задания......................................................................................... 4

2.1. Теоретическая часть....................................................................................................... 4

2.2 Постановка задания и его варианты........................................................................... 10

3. Порядок выполнения домашнего задания....................................................................... 12

Таблица 2 - Координаты кривой мощности................................................................ 16

4. Контрольные вопросы...................................................................................................... 25

Литература............................................................................................................................... 27

Приложение ........................................................................................................................... 28

Уварова Людмила Васильевна.......................................................................... 37

Физические основы электроники............................................................................. 37

методические указания к выполнению................................................................ 37

Цели и задачи домашнего задания

 

Данное домашнее задание является закреплением теоретического материала и развития навыков практического расчета.

Материалы содержат части: теоретическую, расчетную, варианты задания, контрольные вопросы, приложение.

Рассматриваются усилители постоянного тока: назначение, схемное решение, характеристики и параметры, принципиальные особенности, меры борьбы с дрейфом нуля. Приводится методика расчета усилителей постоянного тока параллельного баланса на иллюстрирующем примере. Контрольные вопросы в достаточной мере охватывают содержание материала. В приложении приводятся параметры и характеристики нескольких транзисторов.

 

Содержание домашнего задания

 

Теоретическая часть

Общие сведения

Определение. Усилителями постоянного тока (УПТ) называются электронные устройства, предназначенные для усиления за счет энергии вспомогательного источника питания медленно изменяющихся или постоянных по амплитуде сигналов с одинаковым коэффициентом усиления и применяемые при усилении слабых от разнообразных датчиков сигналов инфразвуковых частот, а также при электронном моделировании.

Частотная характеристика УПТ – зависимость коэффициента усиления К от частоты усиливаемого сигнала показана на рис.1.

Требования к УПТ:

1. В отсутствии входного сигнала должен отсутствовать выходной сигнал.

2. При изменении знака входного сигнала должен изменять знак и выходной сигнал.

3. Напряжение на нагрузочном устройстве должно быть прямо пропорционально выходному напряжению.

Особенности УПТ:

1. Частотный диапазон усиливаемого сигнала, называемый полосой пропускания, имеет нижнюю границу, равную нулю.

2. Могут использоваться с гальванической межкаскадной связью несколько каскадов УПТ (входной, оконечный и несколько промежуточных).

3. Отсутствуют реактивные элементы как элементы способные обеспечить удовлетворительную передачу усиливаемого сигнала от одного каскада к другому. Это обстоятельство усиление как полезного сигнала, так и сигнала помехи.

4. Наличие дрейфа нуля.

5. Можно воспроизводить на выходе только те сигналы, напряжения у которых значительно больше напряжения дрейфа, то есть

 

UВХ >> UДР.

Дрейф нуля

Дрейф нуля УПТ – это процесс изменения выходного напряжения UВЫХ или тока в нагрузке IH при отсутствии или неизменном уровне входного сигнала UВХ (рис.2). Другими словами: дрейф нуля заключается в том, что с течением времени могут изменяться токи транзисторов и напряжение на их электродах. Дрейф нуля оценивают или напряжение дрейфа UДР, или относительным током дрейфа D IДР в нагрузке.

рис.1 Частотная характеристика УПТ

 

а) б)

 

рис.2 К пояснению дрейфа нуля УПТ

а) схема измерения дрейфа нуля.

б) график изменения тока в нагрузке при отсутствии напряжения на входе УПТ

 

 

Напряжение дрейфа – это изменение выходного напряжения за единицу времени при неизменной, либо равной нулю (закороченный вход), величине усиливаемого сигнала.

при UВХ = 0,

где UДР MAX и UДР MIN - входные напряжения соответственно в момент времени t1 и t2 (рис.2); KU – коэффициент усиления УПТ по напряжению.

Относительный ток дрейфа оценивают по типовым зависимостям обратного тока коллекторного перехода от температуры окружающей среды, приводимых в справочниках.

DIКБО = IКБО02) - IКБО(T01), (1)

 

где T02, T01 – конечный и начальный диапазоны температур. Дрейф нуля УПТ поясняется рисунком 2. Причинами дрейфа нуля являются : изменение из-за старения характеристик и параметров транзисторов, нестабильность напряжения источников питания, изменение температуры окружающей среды.

Меры борьбы с дрейфом нуля:

1. Стабилизация напряжения источников питания, стабилизация температурного режима и тренировка транзисторов.

2. Использование дифференциальных балансных схем УПТ.

3. Преобразование усиливаемого напряжения.

 

Принцип работы и назначение элементов УПТ

Принцип работы УПТ рассмотрим на примере схемы параллельного баланса (рис.3). Такие схемы чаще применяются в первых каскадах усиления, где существует наибольшая опасность дрейфа, построены они по принципу четырехплечного моста (рис.4). Мост имеет четыре плеча с сопротивлениями R1, R2, R3, R4 и две диагонали: в одну диагональ включен источник EK, в другую – нагрузка RН.

Условие равновесия (сбалансирования) моста:

 

R1 R3 = R2 R4 или R1/ R2 = R4/ R3 (2)

 

Это условие означает, что даже при изменении EK или RН, или при пропорциональном изменении сопротивлений плеч баланс не нарушается, и ток в нагрузочном резисторе RН будет равен нулю. Если сопротивление плеч R1 и R4 (рис.4) – электрическим цепями А и В с транзисторами VT1 и VT2 (рис.3), а элементы EK и RН оставить без изменения, то получим схему УПТ параллельного баланса, в которой должно выполняться условие (2) равновесия моста. Однако дрейф нуля, обусловленный уже указанными причинами и в первую очередь изменением характеристик и параметров транзисторов, в полученной балансной схеме УПТ уменьшается за счет встречного направления тока дрейфа двух усилительных каскадов, работающих на общую нагрузку RН. Изменение тока в нагрузке, вызванное дрейфом транзистора VT1

 

и дрейфом транзистора VT2

,

где DIK1, DIK2 – изменение токов в цепях коллекторов транзисторов, определяется их встречным направлением.

 

рис.3 Схема УПТ параллельного баланса

 

рис.4 Схема четырехплечного моста без дрейфа нуля

 

Для симметричной схемы, что имеет место в схем (рис.3), когда

RK1= RK2= RK,

 

(3)

R'2 >RK1 и R''2 > RK2 ,

 

полное изменение тока в нагрузке за счет дрейфа

, (4)

 

Из (4) видно, что полное изменение тока в нагрузке будет определяться разностью токов транзисторов, а она значительно меньше, чем в схеме УПТ прямого усиления. Поскольку с изменением температуры токи идентичных транзисторов VT1 и VT2 изменяются одинаково, то получится идеальная компенсация дрейфа, что должно бы быть справедливо для симметричной схемы. Однако на практике реализация балансных УПТ н дискретных транзисторах все же приводит к некоторой асимметрии схемы, поэтому напряжение дрейфа на выходе каскада УПТ полностью не исчезает. Для обеспечения дополнительной симметрии схемы вводят сопротивление R0, которое обуславливает постоянство потенциалов эмиттеров при отклонении токов транзисторов.

 

Назначение элементов и электрические величины в схеме:

 

UBX - напряжение входного усиливаемого сигнала;

UBЫX - напряжение выходного усиленного сигнала (напряжение на нагрузке);

ЕК - источник питания транзисторов, за счет расхода энергии которого происходит усиление сигнала по мощности;

VT1,VT2 - биполярные транзисторы n-p-n структуры, выполняющие функции усилительных элементов, с помощью которых осуществляется процесс усиления, то есть усиление сигнала за счет энергии источника ЕК по закону изменения входного сигнала UBX;

R K1= R K2= R K - резисторы в цепи коллектора. Обеспечивающие расчетный режим работы транзисторов по коллекторным токам и напряжениям;

R1=R'1=R''1 - резисторы в цепях база-эмиттер (резисторы обратной связи), обеспечивающие напряжение смещения на базах транзисторов для установления на характеристиках координаты рабочей точки (точки покоя) по напряжению;

R2= R'2=R''2 - резисторы в цепях база-коллектор транзисторов (резисторы обратной связи), обеспечивающие токи смещения через базы транзисторов для установления на характеристиках координаты точек покоя по току;

R1, R2 - резисторы делителя напряжения;

RЭ=R'Э=R''Э - резисторы в цепи эмиттера, обеспечивают стабилизацию точки покоя;

R0 - резистор в эмиттерных цепях транзисторов, обеспечивает дополнительную симметрию схемы за счет постоянства потенциалов эмиттеров при отклонении токов транзисторов;

RH - сопротивление нагрузки, подключаемое на выходе УПТ.

 

2.2 Постановка задания и его варианты

 

Для выданного варианта задания по исходным техническим данным (табл.1) начертить и рассчитать принципиальную схему УПТ параллельного баланса.

 

 

Основными расчетными параметрами схемы УПТ являются:

DIДР РАС - относительный дрейф нуля;

- координаты рабочей точки по току и напряжению на характеристиках выбранных транзисторов;

d - коэффициент дрейфа;

- стандартные значения сопротивлений резисторов схемы;

IД - ток в цепи делителя;

RВХ - входное сопротивление УПТ;

KU - коэффициент усиления по напряжению;

KI - коэффициент усиления по току.

 

Соотношение этих и выбранных параметров транзисторов, а также задаваемых исходных данных приводятся в примере иллюстрирующего варианта.



Таблица 1 - Варианты исходных данных для расчета схемы УПТ

 

 

№ п/п Исходные данные ВАРИАНТЫ
Иллю- стрир.
DIДР – относительный дрейф в нагрузке, мкА
RH – сопротивление нагрузки, кОм 4,5 5,5 6,5 5,5 6,5
ЕК – напряжение источника питания, В
IK MAX – максимальный ток коллектора, мА
UBX MAX –максимальное напряжение входного сигнала, В
PВЫХ.MAX –максимальная мощность выходного сигнала, Вт
T0MAX – максимальная температура окружающей среды. град. С +80 +75 +70 +65 +60 +55 +50 +45 +75 +65 +55 +50
T0MIN – минимальная температура окружающей среды. град. С

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.