WZMACNIACZE

Układ elektryczny służący do wzmacniania prądu i napięcia jakie dostarczamy na wejście.

Źródłem wzmacniacza może być antena lub mikrofon. Każde źródło posiada określone napięcie U_s i własną oporność R_g. Na wyjściu występuje obciążenie R_e

Wzmacniacze dzielą się na:

1) Wzmacniacze prądu (napięcia) stałego (bardzo uniwersalne). 2) Wzmacniacze (napięcia) zmiennego (bardzo popularne, gdyż większość sygnałów jest zmienna). a)wzmacniają sygnały od 0 do częstotliwości górnej czyli np. 0-100kHz, 0-10Hz. Wzmacniają one zawsze prąd o f =0 i prądy zmienne do pewnej częstotliwości górnej.

b) Wzmacniają sygnały w zakresie f_a-f_s ,np.20kHz- 2Mhz, 0,1Hz-100kHz, 460kHz- 470kHz.

Wzmacniacze prądu zmiennego dzielą się na:

1)Wzmacniacz małej częstotliwości gdy f_g/f_d >10

wzmacniacze te nazywane są często szerokopasmowymi, niestrojne. 2) Wzmacniacze dużej częstotliwości gdy: f_g/f_d =1-1,2. Wzmacniacze te nazywane są często wąskopasmowymi, selektywnymi (wzmacniają tylko wybrane częstotliwości), rezonansowe (ponieważ w budowie stosuje się równoległy obwód rezonansowy),strojone (wzmacnia innym paśmie także wąskim)

Wzmacniacze dzielą się ze względu na wielkość sygnału: 1) Wz, małych sygnałów (napięciowe), 2) Wz, dużych sygnałów (mocy). Np. wzmacniacz4- stopniowy

Wzmacniacz 1 potrzebuje małą moc (0,5W), aby wzmacniacz 2 mógł odebrać sygnał, podobnie z 2 i z 3 zaś 4 musi mieć większą moc- taką jaką potrzebuje głośnik (100W). Wzmacniacze dzielą się ze względu na rodzaj sprzężenia między kolejnymi stopniami:

1) Oporowo- pojemnościowe (RC)

2)Transformatorowe

3)Bezpośrednie (dla wzmacniacza prądu stałego)

Z uwagi na budowę wzmacniacze dzielą się na:

--lampowe, --tranzystorowe, --scalone

Parametry i charakterystyki wzmacniaczy:

1)Napięcie wejściowe U_we np. (0,1-1)V -lekkie przekroczenie górnej granicy nie spowoduje spalenia, ale lekkie zniekształcenie sygnału.

--oporność wejściowa R_we np.=10kom, --oporność wyjściowa R_wy=4om, moc wyjściowa P_wy =100W

Zasada dopasowania oporności—znać R_we (optymalnie jest gdy R_we=R_g,R_wy=R₀-nie ma żadnych zakłóceń)

R_g<R_we i R_wy<R₀ -jeżeli jest tak to wzmacniacz nie wykorzystywany w całości.

R_g>R_we i R_wy>R_o—niedopuszczalne (zniekształcenia sygnału)

2). Wzmocnienia : --napięciowe k_u=U_wy/U_we. -prądowe k_I=I_wy/I_we, --mocy k_P=P_wy/P_we=k_u*k_I. Są to miary bezwzględne. 3) Sprawność: (η)- stosunek mocy na wyjściu do mocy dostarczonej. η= P_wy/P_dos

η- ok. 25% (większość mocy szerekopasmowej- zwykle), η=50% (wzmacniacze mocy szerokopasmowej), η= 75% (wzmacniacze mocy wąskopasmowej)

Charakterystyki:

Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza

--akustyczna wzmacniacza f_s=20Hz, f_g=20kHz

--charakterystyka amplitudowa (dynamiczna)

4) Dynamika wzmacniacza.

5).Zniekształcenia nieliniowe wzmacniacza.

Są powodowane nieliniowymi elementami wzmacniacza np., tranzystor k_u=u²_z+u

H_lF_i -k_n<1%

K_n<0,1%--wysokiej klasy wzmacniacz (profesjonalny)

6) Szumy i zakłócenia. ŹRÓDŁA: --szumy wewnętrzne (termiczne), --pole magnetyczne różnych urządzeń -- indukowanie napięć (przy wyładowaniach atmosferycznych), ELIMINACJE: --zakłóceń zamknięcie wzmacniacza w szczelnej puszcze (elektrownie wzmacniacza) i przewodów doprowadzających, --do pierwszego stopnia wzmacniacza stosuje się elementy możliwie najmniej szumne.

Klasy Pracy Wzmacniacza: Pewien typ budowy wzmacniacza a) klasa A, b) klasa B, c) klasa C

a).wzmacniacze dużej mocy nie mogą być budowane w klasie A sprawność η=25%

wzmacniacze napięciowe budowane są w klasie A

b).2*tranzystory- mniejsze straty

η=50% można stosować znacznie większe moce (większe η, mniejsze straty, lepsze warunki chłodzenia)

W klasie B wzmacniacze mają mniejsze zniekształcenia liniowe.

c)η=75%, we wszystkich nadajnikach radiowych, telewizyjnych małe straty, mało się nagrzewa.

Buduje się wzmacniacze mocy, ale tylko wąskopasmowe.

Ujemne sprzężenie zwrotne.

We wszystkich układach z dodatnim sprzężeniem zwrotnym występuje destabilizacja układu, zaś ujemne służy do stabilizacji.

Na we mamy sygnał x, który przechodząc przez wzmacniacz staje się na wy y. Sprzężenie zwrotne polega na przejściu z powrotem y na x przez β. Jeżeli sygnał po wyjściu z β ma zgodną fazę z x -DSZ, jeśli przeciwną ---USZ. Każdy wzmacniacz ma swoje wzmocnienie napięciowe. Wzmocnienie napięciowe z USZ równe jest

K_uf jest zawsze mniejsze od k_u

Parametry ulegające poprawie w wzmacniaczu USZ

1). Większa stabilność wzmacniacza, 2). Zmniejszenie zniekształceń nieliniowych, 3). Rozszerzenie pasma przenoszenia, 4). Zmieniają się oporności we i wy wzmacniacza

1). Wzmacniacz z USZ -jeśli β jest bardzo duże to k_uf =1/β 2). k_h- współczynnik zawartości harmonicznej, po zastosowaniu USZ mamy.

Dzięki temu mamy wzmacniacze o `'czystej'' charakterystyce (bez zakłóceń).

3).

4) Można kombinować z połączeniem na we i wy (szeregowo lub równolegle). Każda realizacja równoległa obniża oporność, szeregowa zaś zwiększa ją.

Zwiększenie lub obniżenie zmienia się o wartość (1+ βk_u).

R_wef=R_we(1+βk_u), R_wyf=R_wy*1/(1+βk_u), Zależności dla tego rysunku.

Dodatnie sprzężenie zwrotne DSZ.

Aby utworzyć generator należy wziąć.

--wzmacniacz, --dodatnią pętlę SZ, --szereg warunków DSZ. k_uf=k_u/(1-βk_u). Generator zasilany jest z sieci, nie ma żadnego napięcia wejściowego, sam generuje napięcia o różnych kształtach.

Warunki: (1-βk_u)=0--βk_u=1—warunek amplitudy.

DRGANIA mają być tętniące.

WARUNEK fazy. Napięcie wy musi być w fazie z napięciem we (n*360⁰)

TYPY GENERATORÓW.

RC- są to generatory: -małej mocy- bardzo dobrze przestrajalne (do 10dekad), -możliwość uzyskania bardzo małych częstotliwości (setne części procent), --stabilność ok. 1%, --zniekształcenia poniżej 1%, --zastosowanie -laboratoria.

LC- -Meissner'a, -Hartley'a, -Calpiz'a--- wszystkie posiadają obwód rezonansowy.

GENERATOR Meissnera

Generator Hartleya

LC są: -znacznie dużej mocy, --przestrajalne do 1dekady, --idealna praca powyżej częstotliwości 500 Hh, --podobna stabilność i zniekształcenia, --zastosowanie heterodyny.

Kwarcowe.

ZJAWISKO piezoelektryczne- powstanie ładunków elektrycznych na płytce kwarcu wprawione w ruch (ściskanie, rozciąganie). Płytka kwarcowa ma drgania własne (podobnie jak wahadło) -płytki mogą pracować na różnej częstotliwości.

-- są nieprzestrajalne, - bardzo wysoka stabilność (prawie Zerowy współczynnik rozszerzalności cieplnej kwarcu), --zastosowanie gene, we wszystkich stacjach nadawczych (radio, TV), do wszelkiego rodzaju pomiarów czasu (ze względu na stałą częstotliwość i możliwości pomiaru okresu, np. zegary kwarcowe)

Omów zastosowanie szeregowego i równoległego obwodu rezonansowego.

a) wzmacniacze selektywne—stosuje się szeregowy i równoległy obwód rezonansowy. Q-dobroć -im dobroć większa tym wzmacniacz lepszy(bardziej selektywny)

Q=t_r /B b)We wzmacniaczach przemiany częst.(służą do wzmocnienia sygnału pośredniej częst.) Uzyskanego w wyniku przemiany syg. wielkiej częst. c) radi i telewizja -tłumienie niektórych częstotliwości

d) w dyskryminatorach e)przy filtracji

Omów szumy i zakłócenia we wzmacniaczach. Jak je zwalczać.

Szumy termiczne—pod wpływem zew.źródła następuje przypadkowe zmiany szybkości poszczegolnych nośników ładunków. Właściwości szumowe układu charakteryzuje wsp. szumów F

F=wzór1

Wartość F podaje się często w decybelach. W celu usunięcia tych szumow należy we wzmacniaczach do pewnego stopnia stosować elementy o niskim poziomie szumów, aby w następnych elementach szumy nie były wzmacniane. Zakłócenia są wywołane przez silniki, pole elektromagnetyczne, wyładowanie atmosferyczne. Aby uniknąć zakłóceń silniki powinny mieć połączony szeregowo kondensator( blokadę przeciwzakłóceniową) Drugą metodą jest ekranowanie pierwszego stopnia wzmocnienia (zamknięcie w met. puszce) Zakłócenie indykuje się w tym ekranie (ekran jest uziemiony)

Na czym polega ujemne sprzężenie zwrotne. Jak wpływa na oporność wejściową i wyjściową wzmacniacza.

USZ- nazywamy ujemnym gdy faza napięcia zwrotnego doprowadzonego z wyjścia układu do wejścia układu jest przeciwna w porównaniu z fazą nap. wejściowego

k_uf= k_u / 1+βk_u Dzięki USZ poprawia się stabilność układów, maleje zniekształcenie, zmienia się oporność we., wy.. Jeżeli USZ jest realizowane równolegle to oporność się zmniejsza, a jeśli szeregowo to oporność się zwiększa.

R(we,wy) =R_we,_wy /1+βk_u -- realizacja równoległa

R(we,wy)=R(we,wy)(1+βk_u)—realizacja szeregowa

RYS—1

Omów parametry wejściowe i wyjściowe wzmacniaczy. Wyjaśnij zasadę dopasowania oporności.

Wielkości wejściowe—impedancja wejściowa Z_we (jak największa), rezystancja wejściowa R_we (jak największa), napięcie wejściowe znamionowe U_we (jest to wartość przy, której wzmacniacz najlepiej pracuje)

Wielkości wyjściowe—napięcie wyjściowe U_wy i moc P_wr uzyskiwane na wyjściu wzmacniacza przy obciążeniu go impedancją znamionową.

Dopasowanie oporności—polega na dobraniu obciążenia aby była ona równa rezystancji wyjściowej wzmacniacza. Uzyskujemy wtedy największe wzmocnienie mocy, wzmacniacz ma wtedy największą sprawność.

Na czym polega USZ. Jak wpływa na wartość wzmocnienia i jego stabilność.

Ujemnym sprzężeniem zwrotnym—nazywamy ujemnym gdy faza napięcia zwrotnego doprowadzonego z wyjścia do wejścia układu jest przeciwna z fazą nap.wej

RYS5

USZ -zmniejsza wzmocnienie, a zwiększa stabilność. Napięcie zwrotne doprowadzone na wejście układu ma przeciwną fazę do napięcia wejściowego, a więc odejmują się. W rezultacie nap. wejściowe jest mniejsze. Znajduje zastosowanie do stabilizacji układu.

Co to są generatory kwarcowe. Omówić zasadę działania, cechy i zastosowanie.

G.K.—jest generatorem drgań sinusoidalnych należących do grupy elektromechanicznej. W tego typu generatorach częst. jest kontrolowana przez rezonator mech. sprzężony z ukł. elektrycznym generatora. W przypadku gen. kwarcowego rezonatorem mechanicznym jest płytka wycięta w odpowiedni sposób z kryształu kwarcu. Kwarc wykazuje właściwości piroelektryczne (napięcie powoduje powstanie w płytce SEM i odwrotnie). Gdy obustronnie posrebrzaną i odpowiednio oprawioną płytkę kwarcu pobudzi się impulsem elektrycznym do drgań mech., wówczas na jej okładkach powstanie zmienne napięcie elektryczne. Płytka zachowuje się jak ukł., rezonansowy. Dobroć Q tego ukł.,jest bardzo duża. Zasada działania: dowolne zaburzenie elektryczne powoduje powstanie drgań w obwodzie rezonansowym i przeniesienie ich przez pojemność C₁ do oscylatora kwarcowego. Pobudzony w ten sposób oscylator steruje napięciem zmiennym na bazie tranzystora. Napięcie to po wzmocnieniu powoduje podtrzymanie drgań w obwodzie kolektora.

RYS—6

Podać zależność dla szeregowego obwodu rezonansowego: f₀, Z, Z₀, I, I₀, Q, B, U_co, U_LO. Indeks ₀ oznacza wartości w rezonansie.

RYS-8

Jest to obwód złożony z cewki i kondensatora łączonych szeregowo. Impedancja takiego układu zależy od częstotliwości i osiąga najmniejszą wartość Z₀ =R dla częstotliwości drgań własnych obwodu wyrażonej wzorem

f₀ = 1/2π√LC . Przy częstotliwościach mniejszych od rezonansowej impedancja obwodu ma charakter pojemnościowy, przy większych indukcyjny. Im dobroć obwodu jest większa tym wartość impedancji w rezonansie jest mniejsza a krzywa zmian imdedancji węższa.

Q=1/R * √ L/C RYS—9

W stanie rezonansu | U_L | =| U_C| są one przesunięte w fazie a ich suma wynosi zero. Im mniejsze Q tym większe pasmo przenoszenia β

WZ-2

Narysować schemat blokowy zasilacza. Omówić układy prostownicze.

RYS—13

Układy jednopołówkowe—prostowniki, które po procesie prostowania pozostają jednoimienne (dodatnie lub ujemne) części przebiegu (części znaku przeciwnego są wyeliminowane)

RYS—14

Układy dwupołówkowe—prostowniki, które po procesie prostowania pozostawiają jednoimienne części przebiegu (dodatnie lub ujemne) oraz przerzucają części przeciwnego znaku.

RYS—15

Omówić warunki generacji drgań na przykładzie generatora RC z przesuwnikiem fazowym.

-warunek amplitudy k_U*β=1

-warunek fazy—suma przesunięć fazowych generatora i przesównika musi być równa ϕ+ϕ =n*360⁰ (n=1,2,3,,,)

Częstotliwości rezystancji przy której ma miejsce generacja f=1/2πRC

Najprostszy układ do przesuwania fazy

RYS-16

wy

f

u

u

uf

U

U

k

k

k











1

---