4 5 6 7 8 9 10 / 18 10 11 12 13 14 15 16 17

Лекція 8. Активні масштабні перетворювачі (вимірювальні підсилювачі)

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 5

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

ПЛАН

8.1. Основні відомості про підсилювач

8.2. Класифікація підсилювачів

8.1. Основні відомості про підсилювач

Підсилювач – це пристрій, в якому здійснюється підвищення потужності вхідного сигналу за рахунок енергії додаткового джерела живлення. Зв’язок між вхідним і вихідним сигналами в підсилювачі безперервний і однозначний. У загальному вигляді підсилювач представляє собою активний чотириполюсник, на вхід якого подається сигнал, що підсилюється, а до виходу під’єднується навантаження.

8.2. Класифікація підсилювачів

Класифікація підсилювачів можлива за такими ознаками: за смугою пропускання частот; за родом електричного сигналу, що підсилюється; за типом підсилювальних елементів, що застосовуються; за схемою включення підсилювальних елементів; за числом каскадів підсилення; за видом міжкаскадних зв’язків та ін.

У залежності від смуги пропускання частот розрізняють підси-лювачі постійного і змінного струму. У перших нижня гранична частота смуги рівна нулю, в других – відділена від нуля скінченим інтервалом.

Підсилювач може складатися з одного, двох і декількох каскадів. Для багатокаскадних підсилювачів загальний коефіцієнт підсилення рівний добутку коефіцієнтів підсилення всіх окремих каскадів. Зв’язок між каскадами здійснюється з допомогою пасивних чотириполюсників міжкаскадного зв’язку:

К_заг=К₁К₂…К_n–1К_n. (8.1)

У структурі підсилювача можуть бути кола, що здійснюють передачу частини енергії з його виходу у вхідне коло або передачу енергії з виходу наступних каскадів у вхідні кола попередніх каскадів – вони називаються колами зворотного зв’язку. Кількісно зворотний зв’язок оцінюється коефіцієнтом передачі кола зворотного зв’язку, що показує, яка частина вихідного сигналу поступає на вхід схеми.

У залежності від того, який із вхідних параметрів (струм чи напруга) є вхідним для кола зворотного зв’язку, розрізняють зворотний зв’язок за напругою і струмом.

Способи отримання зворотного зв’язку з виходу підсилювача показані на рис..8.1

Рис. 8.1. Способи отримання зворотного зв’язку з виходу підсилювача за напругою (а) і за струмом (б)

Зворотний зв’язок за напругою (рис.8.1,а) формується подільником на резисторах R₁, R₂; зворотний зв’язок за струмом (рис.8.1,б) знімається з резистора R, включеного послідовно з навантаженням R_н. У залежності від способу включення зворотного зв’язку у вхідні кола підсилювача розрізняють паралельну (рис.8.2,а) і послідовну (рис.8.2,б) схеми включення зворотного зв’язку.

У першому випадку у вхідному колі сумуються струми, в другому - напруги. Коефіцієнт передачі зворотного зв’язку за напругою:

(8.2)

Рис. 8.2. Паралельна (а) і послідовна (б) схеми зворотного зв’язку

У залежності від співвідношення фаз напруги, що надходить в коло зворотного зв’язку і вхідної напруги , розрізняють позитивний і негативний зворотний зв’язки.

Якщо при підключенні кола зворотного зв’язку напруга на виході підсилювача зростає, зворотний зв’язок називається позитивним.

Якщо напруга на виході зменшується, зворотний зв’язок називається негативним.

Найчастіше використовується негативний зворотний зв’язок, що дозволяє підвищити точність вимірювальних підсилювачів.

Підсилювачі змінного струму. За шириною смуги і абсолютним значенням частот сигналів, що підсилюються, електронні підсилювачі змінного струму поділяються на підсилювачі низької частоти, призначені для підсилення сигналів з частотою до 15–20 кГц; підсилювачі високої частоти, призначені для підсилення сигналів у всьому діапазоні частот, що використовуються електронікою; широкосмугові підсилювачі, що дозволяють підсилювати сигнали в широкій смузі частот (від десятків герц до декількох мегагерц).

Імпульсні підсилювачі представляють собою широкосмугові підсилювачі, смугу пропускання яких вибирають так, щоб спотворення імпульсу, що підсилюється, було якнайменшим. Форма імпульсу визначає його спектр. Чим крутіший фронт імпульсу, тим ширший його спектр в області верхніх частот; чим довші пологі відрізки імпульсу, тим більше низькочастотних складових у спектрі.

Підсилювачами постійного струму (ППС) називаються підсилю-вачі, здатні підсилювати сигнали, які повільно змінюються в часі. Нижня робоча частота таких сигналів =0, вища робоча частота визначається призначенням підсилювача. Підсилювачі постійного струму застосовують для підсилення як сигналів, що змінюються повільно, так і слабких сигналів змінного струму, наприклад, для підсилення сигналів з датчиків (термопар, фотодатчиків, тензодатчиків та ін.).

Відсутність у міжкаскадних зв’язках реактивних елементів дозво-ляє передавати постійну і змінну складові сигналу.

Підсилювачам постійного струму властиве таке явище, як дрейф нуля. Під дрейфом нуля розуміють самочинну зміну вихідної напруги при постійному або нульовому сигналі на вході. Дрейф нуля оцінюється зміною за одиницю часу вхідної напруги U_вх.др., яка викликає еквівалентну зміну вихідної напруги:

U_вх.др.=U_вих.др./К_U, (8.3)

де К_U – коефіцієнт підсилення за напругою.

Причинами дрейфу можуть бути: зміна напруг живлення, темпе-ратури, поступова зміна параметрів активних і пасивних елементів схем.

Головними засобами зменшення дрейфу є: попередній прогрів підсилювача, стабілізація напруги джерела живлення, використання компенсаційних схем, елементів з нелінійною залежністю параметрів від температури, перетворення постійного струму в змінний і підсилення змінного струму з наступним перетворенням.

У транзисторних підсилювачах дрейф обумовлений термочут-ливістю транзисторів.

Коли допустимий дрейф нуля складає одиниці мікровольт, використовують підсилювачі з перетворювачем напруги. Ці підсилювачі будують за схемою модулятор – підсилювач – демодулятор (рис.8.3).

У модуляторі М вхідна напруга, що змінюється, перетворюється в амплітудно-модульовану напругу, яка підсилюється підсилювачем змінної напруги П. Підсилена напруга поступає на демодулятор ДМ, що управляється тим самим джерелом опорної напруги ДОН, що і модулятор.

Рис. 8.3. Підсилювач, побудований по схемі модулятор – підсилювач – демодулятор

Дрейф нуля такого підсилювача значно менший, ніж в звичайних ППС, оскільки він обумовлений тільки дрейфом модуляторів і демодуляторів.

На даний час промисловістю випускаються в інтегральному виконанні операційні підсилювачі. Операційним підсилювачем (ОП) називають підсилювачі постійного струму з диференційним входом і одним виходом, що відрізняється високим вхідним і малим вихідним опорами. Термін “операційний підсилювач” виникнув у аналоговій обчислювальній техніці, призначеній для моделювання операцій (інтегрування, сумування та ін.) (рис. 8.4).