Тема 2. Усилители электрических сигналов

Тема 2. Усилители электрических сигналов

По КУПД: 2 академических часа = 1 час лекции + 1 час ЛПЗ.

Открыть полный конспект PDF · Скачать Word

1. Общие сведения и классификация усилителей

Усилитель увеличивает заданный параметр электрического сигнала за счёт энергии источника питания. В учебной классификации усилители различают по виду сигнала, частотному диапазону, мощности, элементной базе и назначению.

2. Обратная связь

Обратная связь возвращает часть выходного сигнала ко входу. Отрицательная обратная связь обычно уменьшает результирующее усиление, но может улучшать стабильность и линейность. Конкретные свойства определяются схемой.

3. Каскад с общим эмиттером

КУПД требует рассмотреть усилительный каскад на биполярном транзисторе, его принцип работы и назначение элементов. Практически анализируют цепь смещения, коллекторную нагрузку, рабочий режим и влияние входа на выход.

4. Каскад с общим истоком

Для полевого транзистора рассматривается каскад с общим истоком. Входной сигнал действует на затвор, ток канала изменяется, а выход формируется в стоковой цепи.

5. Операционный усилитель

ОУ имеет инвертирующий и неинвертирующий входы и применяется с внешней обратной связью. КУПД требует общие сведения, параметры, передаточные характеристики и классификацию ОУ.

6. Инвертирующий усилитель

В идеальной учебной модели коэффициент передачи K=-R2/R1. Например, при R1=10 кОм и R2=50 кОм K=-5. Реальный выход дополнительно ограничивается питанием, диапазоном входа, выходным током, полосой и другими параметрами ОУ.

7. Неинвертирующий усилитель

В идеальной модели K=1+R2/R1. При R1=10 кОм и R2=50 кОм коэффициент равен 6. Выход сохраняет знак входного сигнала.

8. Суммирующий и дифференциальный усилители

Суммирующий усилитель формирует выход из нескольких входных сигналов. Дифференциальный усилитель усиливает разность двух входов, что особенно важно для измерительных систем.

9. Интегратор

Интегратор на ОУ использует частотно-зависимую обратную связь, обычно с конденсатором. В идеальной модели выход связан с интегралом входного сигнала во времени.

10. Практическая часть

1. Исследование BJT и каскада с общим эмиттером.
2. Исследование полевого транзистора с изолированным затвором и n-каналом и каскада с общим истоком.
3. Инвертирующий и неинвертирующий усилители на ОУ.
4. Суммирующий и дифференциальный усилители на ОУ.
5. Тренажёр «Усилители»: изменение R1, R2, Uвх и питания, наблюдение коэффициента и ограничения выхода.

Важно: формулы идеального ОУ используются как учебная модель. Реальные расчёты проверяются по схеме и технической документации конкретного ОУ и транзисторов.

1. Каскад с общим эмиттером

Определить вход, выход, цепь смещения, коллекторную нагрузку и рабочий режим транзистора. Сопоставить отсечку, активную область и насыщение.

2. Каскад с общим истоком

Определить вход по затвору, выход по стоку, назначение цепей смещения и нагрузки. Сопоставить общий принцип с каскадом с общим эмиттером.

3. Инвертирующий ОУ

В идеальной учебной модели K=-R2/R1. При R1=10 кОм, R2=50 кОм и Uвх=0,5 В получить K=-5 и Uвых=-2,5 В, если это реализуемо при заданном питании.

4. Неинвертирующий ОУ

В идеальной модели K=1+R2/R1. Для тех же R1 и R2 получить K=6 и при Uвх=0,5 В — Uвых=3,0 В.

5. Суммирующий и дифференциальный усилители

По учебным схемам определить функцию входных резисторов, цепи обратной связи и назначение схем.

6. Ограничение реального ОУ

Показать, что выход ограничивается напряжением питания, выходным каскадом и другими параметрами реального ОУ.

7. Тренажёр

Открыть режим «Усилители», изменить Uвх, R1, R2 и питание; сравнить инвертирующее и неинвертирующее включение и получить режим ограничения выхода.

Тема: «Усилители электрических сигналов».

По КУПД: 2 академических часа = 1 час лекции + 1 час ЛПЗ.

Теоретические вопросы

1. Общие сведения и классификация усилителей.
2. Обратные связи в усилителях.
3. Каскад на биполярном транзисторе: схема, принцип работы, назначение элементов.
4. Каскад на полевом транзисторе: схема, принцип работы, назначение элементов.
5. Операционные усилители: параметры, передаточные характеристики, классификация.
6. Инвертирующий, неинвертирующий, суммирующий и дифференциальный усилители.
7. Интегратор на ОУ.

ЛПЗ

1. Биполярный транзистор и каскад с общим эмиттером.
2. Полевой транзистор с изолированным затвором и n-каналом и каскад с общим истоком.
3. Инвертирующий, неинвертирующий, суммирующий и дифференциальный усилители на ОУ.

Дополнительно: тренажёр «Усилители».

Проведена индивидуальная консультация по теме «Усилители электрических сигналов» дисциплины ОП.06 «Промышленная электроника» для слесаря по КИПиА 6-го разряда. Рассмотрены классификация усилителей и обратная связь, каскады с общим эмиттером и общим истоком, параметры операционного усилителя, инвертирующее, неинвертирующее, суммирующее и дифференциальное включения, интегратор. Выполнено практическое исследование транзисторных каскадов и схем на ОУ, в том числе с использованием интерактивного тренажёра.