Специальные каскады усилителя постоянного тока
Особенности дифференциального усилителя, построение его принципиальной схемы. Расчет коэффициента усиления для дифференциального сигнала при симметричном выходе. Усилители постоянного тока (УПТ) с преобразованиями сигналов. УПТ с использованием оптрона.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.06.2015 |
| Размер файла | 305,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Специальные каскады усилителя постоянного тока
1. Дифференциальные усилители
Дифференциальные усилители (ДУ) позволяют получить высокую стабильность, малый уровень внутренних шумов и напряжение дрейфа, широкую полосу пропускания и высокий коэффициент усиления. Принципиальная схема ДУ строится на основе балансного усилителя постоянного тока, рис.1.
Рис 1. Дифференциальный усилитель
Схема ДУ может быть использована в различных вариантах: с симметричным выходом и несимметричным входом, с симметричным входом и несимметричным выходом. Наилучшие показатели имеет схема ДУ с симметричным входом и выходом, приведенная на рис.1
Общее напряжение входа Uвх между 1-2 клеммами определяется
Uвх=Uвх1-Uвх2
соответственно
Uвых=Uвых1-Uвых2=Kд(Uвх1-Uвх2)
будет наибольшим в том случае, когда на вход поступают равные по амплитуде и противоположные по фазе напряжения, поскольку при этом их абсолютные значения складываются. Такой входной сигнал называют дифференциальным. Если Uвх1 и Uвх2 имеют одинаковую фазу, то такой сигнал называют синфазным.
Дифференциальный каскад усиливает разность входных сигналов
Uвх=Uвх1-Uвх2
Коэффициент усиления для дифференциального сигнала при симметричном выходе можно выразить:
(1)
Характерной чертой дифференциального каскада является его нечувствительность к синфазному сигналу. При равенстве Uвх1= Uвх2 разность входных сигналов Uвх=Uвx1-Uвх2 равна нулю. Поэтому выходное напряжение должно быть также равным нулю. Однако за счет некоторой асимметрии имеет место передача синфазного сигнала с коэффициентом передачи
(2)
Важным параметром ДУ является отношение коэффициента усиления дифференциального сигнала к коэффициенту передачи синфазного сигнала
(3)
Этот параметр называется коэффициентом дискриминации или ослабления синфазных сигналов и для современных ДУ задается в пределах 60-120 дБ.
Особенность дифференциального каскада усиливать только дифференциальный сигнал и подавлять синфазный является очень важной, т.к. все виды помех, в т.ч. и дрейф нуля, являются синфазными. Подавление синфазных сигналов в ДУ объясняется тем, что для этих сигналов за счет падения напряжения на сопротивлении в цепи эмиттеров Rэ в схеме возникает ООС по току, что уменьшает величину Ксф. Для дифференциального сигнала ООС в каскаде отсутствует, т.к. в этом случае текущий через Rэ ток сигнала одного плеча компенсируется равным ему током сигнала другого плеча. Глубина ООС для синфазных сигналов равна 1+2У21Rэ. Для повышения глубины ООС, улучшающей свойства ДУ, следует увеличивать сопротивление Rэ. Однако чрезмерное увеличение Rэ невозможно по двум причинам. Во-первых, при этом возрастает падение напряжения на нем, т.к. через Rэ протекают постоянные составляющие токов обоих транзисторов. Во-вторых, в интегральном исполнении получение больших сопротивлений связано с большими технологическими затруднениями. Таким образом, чрезмерное увеличение Rэ потребовало бы увеличения питающего напряжения. По этим причинам в современных ДУ вместо активного сопротивления Rэ используют стабилизаторы тока на транзисторе V3, рис. 2, у которого сопротивление переменной составляющей R во много раз больше сопротивления по постоянному току R=.
Рис 2. Дифференциальный усилитель с генератором стабильного тока.
Например, биполярный транзистор с Iк=IмА и Uкэ=5B имеет R==5 к0м, R=50 кОм.
Введение в цепь эмиттера транзистора V3 сопротивления с небольшим номиналом Rэ (порядка 1 к0м) позволяет за счет ООС по току повысить сопротивление R до нескольких сотен кОм. Диод в цепи базы позволяет ввести температурную стабилизацию рабочей точки транзисторов.
2. Усилители постоянного тока с преобразованиями сигнала
Характерной особенностью УПТ прямого усиления является наличие дрейфа нуля. Усилители прямого усиления с высокой чувствительностью в эксплуатационном отношении в ряде случаев неприменимы, так как они имеют большой дрейф нуля и отличаются сложностью настройки. Применение специальных схем стабилизации и стабилизации источников питания позволяют снизить приведенный ко входу дрейф до десятков милливольт в час. Поэтому для усиления сигналов с напряжением ниже сотен микровольт УПТ прямого усиления непригодны, и для усиления таких сигналов применяют усилители постоянного тока с преобразованием по следующей структурной схеме, рис. 3.
Рис 3. Структурная схема УПТ с преобразованием сигнала
Напряжение усиливаемого сигнала, имеющего спектр от 0 до , при помощи модулятора М преобразуется в переменное напряжение. На выходе модулятора появляются модулированные колебания несущей частоты со спектром щ±..
Эти колебания поступают на вход обычного усилителя переменного тока К, имеющего узкую полосу пропускания от щ+. до щ-. С выхода этого усилителя усиленные модулированные колебания подаются на демодулятор ДМ, который производит обратное преобразование, т.е. выделяет сигнал первоначальной формы.
Фильтр Ф не пропускает в нагрузку несущую частоту и ее гармоники. Следует отметить, что для неискаженного преобразования сигнала несущая частота должна быть в 5-10 раз больше частоты усиливаемых сигналов .в.
УПТ с преобразованием по сравнению с УПТ прямого усиления имеют следующие преимущества: малый уровень дрейфа выходного напряжения в течение длительной работы при высокой чувствительности; малая чувствительность к колебаниям питающих напряжений и температуры; возможность получения гальванически не связанных цепей входа и выхода; простота введения обратных связей; простота регулировки усиления в широких пределах; отсутствие необходимости корректировки нуля в процессе эксплуатации; относительная простота устройства, связанная с отсутствием необходимости применениея стабилизаторов напряжения.
3. УПТ с использованием оптрона
В качестве модулятора в настоящее время используются оптроны. Оптрон - это полупроводниковый прибор, в едином корпусе которого находятся излучатель света, управляемый входным током, и фотоприемник. В качестве излучателя света используется светодиод, а фотоприемником служит фоторезистор, сопротивление которого зависит от силы облучающего света. дифференциальный усилитель постоянный ток
Оптрон обладает способностью усиливать напряжение до десятков раз, коэффициент усиления по току меньше единицы. К достоинствам оптрона относится полная электрическая развязка входной и выходной цепей, функциональная схема УПТ с использованием оптрона приведена на рис.4.
Рис. 4. Функциональная схема УПТ с использованием оптрона
Благодаря облучению фоторезистора пульсирующим световым потоком его сопротивление колеблется с частотой модуляции. При подаче на вход усиливаемого напряжения через R1 возникают ток и напряжение UR1 с частотой модуляции. Далее это напряжение усиливается усилителем переменного напряжения и поступает на балансный демодулятор, который выделяет полезный сигнал.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Конструирование электронных схем, их моделирование на ЭВМ на примере разработки схемы усилителя постоянного тока. Балансная (дифференциальная) схема для уменьшения дрейфа в усилителе постоянного тока. Режим работы каскада и данные элементов схемы.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 27.08.2010УПТ прямого усиления и его балансные схемы. Напряжение смещение нуля и его дрейф. Условное обозначение операционного усилителя. Структурная схема ОУ, его основные характеристики и параметры. Подача питающих напряжений на ОУ и амплитудная характеристика.
лекция [257,5 K], добавлен 15.03.2009Разработка схемы усилителя постоянного тока и расчет источников питания: стабилизатора напряжения и выпрямителя. Определение фильтра низких частот. Вычисление температурной погрешности и неточностей измерения от нестабильности питающего напряжения.
курсовая работа [166,3 K], добавлен 28.03.2012Принципы и обоснования выбора схемы усилителя постоянного тока, его внутреннее устройство и взаимосвязь элементов. Двухтактный эмиттерный, эмиттерный и истоковый повторитель. Источник тока для выходного каскада. Принципы реализации обратной связи.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 10.06.2014Основные источники и схемы постоянного оперативного тока. Принципиальная схема распределительной сети постоянного тока. Контроль изоляции сети постоянного тока. Источники и схемы переменного оперативного тока. Схемы и обмотки токового блока питания.
научная работа [328,8 K], добавлен 20.11.2015Принцип работы и устройство генераторов постоянного тока. Электродвижущая сила и электромагнитный момент генератора постоянного тока. Способы возбуждения генераторов постоянного тока. Особенности и характеристика двигателей различных видов возбуждения.
реферат [3,2 M], добавлен 12.11.2009Классификация и основные принципы действия магнитных усилителей. Двухтактные магнитные усилители. Управление величиной переменного тока посредством слабого постоянного тока. Схемы автоматического регулирования электродвигателей переменного тока.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 01.06.2012Особенности расчета двигателя постоянного тока с позиции объекта управления. Расчет тиристорного преобразователя, датчиков электропривода и датчика тока. Схема двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Моделирование внешнего контура.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 19.06.2011Принцип работы и устройство генератора постоянного тока. Типы обмоток якоря. Способы возбуждения генераторов постоянного тока. Обратимость машин постоянного тока. Двигатель параллельного, независимого, последовательного и смешанного возбуждения.
реферат [3,6 M], добавлен 17.12.2009Расчет каскада транзисторного усилителя напряжения, разработка его принципиальной схемы. Коэффициент усиления каскада по напряжению. Определение амплитуды тока коллектора транзистора и значения сопротивления. Выбор типа транзистора и режима его работы.
контрольная работа [843,5 K], добавлен 25.04.2013Двигатели постоянного тока, их применение в электроприводах, требующих широкого плавного и экономичного регулирования частоты вращения, высоких перегрузочных пусковых и тормозных моментов. Расчет рабочих характеристик двигателя постоянного тока.
курсовая работа [456,2 K], добавлен 12.09.2014Исследование неразветвленной и разветвленной электрических цепей постоянного тока. Расчет нелинейных цепей постоянного тока. Исследование работы линии электропередачи постоянного тока. Цепь переменного тока с последовательным соединением сопротивлений.
методичка [874,1 K], добавлен 22.12.2009Порядок расчета цепи постоянного тока. Расчет токов в ветвях с использованием законов Кирхгофа, методов контурных токов, узловых потенциалов, эквивалентного генератора. Составление баланса мощностей и потенциальной диаграммы, схемы преобразования.
курсовая работа [114,7 K], добавлен 17.10.2009Теоретические положения расчета динамики электромагнитов постоянного тока. Схемы включения электромагнита, уравнение динамики и время трогания электромагнита постоянного тока при разнообразных схемах включения электромагнита, проверка теории расчетами.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 23.11.2010Анализ состояния цепей постоянного тока. Расчет параметров линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока графическим методом. Разработка схемы и расчет ряда показателей однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока.
курсовая работа [408,6 K], добавлен 13.02.2015Электромагнитная мощность генератора постоянного тока, выбор числа пар полюсов и коэффициента полюсной дуги. Расчет обмотки якоря и магнитной цепи, построение характеристики холостого хода. Определение магнитодвижущей силы возбуждения при нагрузке.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 27.10.2011Поверочный расчет катушки электромагнита постоянного тока на нагрев. Построение схемы замещения магнитной цепи. Магнитные проводимости рабочих и нерабочих воздушных зазоров, проводимость потока рассеяния. Определение намагничивающей силы катушки магнита.
контрольная работа [413,9 K], добавлен 20.09.2014Биполярный транзистор с резистором в эмиттерной цепи, выбор и обоснование структурной схемы. Разработка принципиальной схемы, её описание и расчёт элементов, расчёт дифференциального усилителя и делителя напряжения. Разработка алгоритма и его описание.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 09.03.2012Электрические цепи постоянного тока. Электромагнетизм. Однофазные и трехфазные цепи переменного тока. Электрические машины постоянного и переменного тока. Методические рекомендации по выполнению контрольных работ "Расчет линейных цепей постоянного тока".
методичка [658,2 K], добавлен 06.03.2015Номинальная мощность и скорость. Индуктивность якорной обмотки, момент инерции. Электромагнитная постоянная времени. Модель двигателя постоянного тока. Блок Step и усилители gain, их главное назначение. График скорости, напряжения, тока и момента.
лабораторная работа [456,6 K], добавлен 18.06.2015
