Основы схемотехники аналоговых электронных устройств (АЭУ). Классификация УУ. Компланарная плоскость

Основы схемотехники аналоговых электронных устройств (АЭУ).

Введение:

В качестве основного элемента аналоговых электронных устройств (АЭУ) используются усилительные устройства (УУ). Процесс усиления сигнала можно рассматривать как передачу энергии от некоторого источника в нагрузку, под действием входного сигнала.

 - внутреннее сопротивление источника сигнала.

Аналоговое устройство (АУ) будет усилителем в том случае когда (*).

При этом может быть ;

Но для этого необходимо условия (*) необходимо ;

Классификация УУ.

Классификация производиться по назначению УУ или по параметрам входного сигнала.

1.  По относительной протяжности спектра усиливаемых сигналов:

а) усилитель радиочастоты (УРЧ)

 

б) апериодические усилители (Ап.У)

2.  По полосе пропускания УУ.

Для неискажённой передачи усилительных сигналов, необходимо, чтобы , а .

а) усилитель постоянного тока (УПТ):  ,

б) усилитель переменного тока (Упер.Т):

, в) усилитель низкой частоты (УНЧ):

 (100кГц), г) широко полосный усилитель (Ш/пУ):

,    

е) сверхширокополосное усиление:

.

3.  В зависимости от назначения или входного сигнала различают:

а) гармоничный усилитель:

предназначены для усиления сигналов, в которых не важны фазовые состояния на выходе.

б) видео усилители:

предназначенные для усиления сигналов, в которых наблюдается     связь между фазами отдельных гармоник, важен не только процесс усиления, но и сохранение формы усилённых сигналов.

(усилители импульсных сигналов)

4. УУ обязательно включает в состав активный элемент, и в зависимости от вида активности элемента различают:

- ламповые;

- полупроводниковые УУ;

-УУ на интегральных схемах;

-магнитные УУ (дроссель насыщения);

-емкостные (варикап).

5. По типу построения различают однокаскадные и многокаскадные усилители:

ЭС- элемент связи.

АЭ- активный элемент

Параметры и характеристики УУ.

1.  Коэффициенты усиления:

Поскольку УУ содержит АЭ, то его можно представить в виде активного четырёх полюсника:

1-входные параллельные;

2-выходные параллельные;

  ;  ;   ;  .

В том случаи, когда  (является чисто активным сопротивлением):

;

; ; ;

В случае многокаскадных усилителей:

;  i, где ν - кол-во ступеней усиления;

(раз),

(раз),

(раз),

 - АЧХ

 - ФЧХ

 =   -

где   = ,

 .

компланарная плоскость:

 - представляется годографом (геометрическое место точек конца вектора  при изменение частоты от 0 до

При анализе и синтезе УУ использовать годограф затруднительно, поэтому на практике используется по – отдельности АЧХ и ФЧХ.

АЧХ

Для упрощения анализа УУ АЧХ разбивают на три области:

1). область нижних частот;

2). область средних частот;

3). область верхних частот.

ФЧХ

Спад ФЧХ УУ объясняется наличием у УУ реактивности:

В области НЧ:    ,

В области ВЧ:    ,

  объясняются различными видами реактивностей.

Иногда вводят коэффициент искажения частот:

 =   - для НЧ;

 =   - для ВЧ;

 = ;  = ;

 = ;   = ;

Логарифмическая АЧХ (ЛАЧХ).

Для неискаженной передачи необходимо чтобы:

= -а,

где а – коэффициент аппроксимации (но в этом случае будет присутствовать задержка сигнала).

 = ;

 = -;

а =  , где  - время задержки сигнала.

ГВЗ (групповое время замедления):         = ;

3.Передаточная частотная характеристика.

Это зависимость комплексного коэффициента передачи, заданного в операторной форме от частоты:

,

 =  =   , где  – нули комплексного коэффициента передачи (находятся из решения уравнения).

 – нули комплексного коэффициента передачи (находятся из решения уравнения).

  = 0;   = 0;

И на комплексной плоскости определяются:

Для физически реализуемых цепей  m < n, 0 при  

,   , .

N(p)=1+p

P=-

P=

Y(ј

Re

Jm[Y

АЧХ :          Y(

ФЧХ :    tg ,

Y(       

 постоянная времени цели (усилителя) в области ВЧ.

В некоторых случаях АЧХ задают в виде ломаных линий (асимптот):

Y(f) =

 , где f-радиальная частота, а ω-круговая частота.

Проанализируем  выражение (*) в следующих случаях:

а) f

б) f

В однополосных цепях или устройствах  соответствует  на уровне 0,707.

При трех полюсах:

Временные характеристики:

1.  , где – коэффициент усиления в области средних частот.

        В зависимости от формы входного воздействия (t)=1(t), при временной задержке:

(t-,

   

где   - время затягивания,

 -время установления переходной характеристики на уровне (0,1-0,9) ,

- й выбросы переходной характеристики,

Если, то  .

2.  На ряду с ПХ, которая является временной характеристикой в области малых времён иногда рассматривают импульсную характеристику (ИХ):

2.  Временная характеристика в области больших времён:

- представляет собой входной импульс длительностью  ,

- спад в плоской части импульса его величина зависит от длинны импульса  .

Искажение времени характеристики:

- в области малых времён определяется ВЧ.

- в области больших времен определяется в области НЧ.