Практическое применение операционных усилителей

Практическое применение операционных усилителей. Часть первая.

В этой статье мы обсудим некоторые аспекты практического применения операционных усилителей в повседневной жизни радиолюбителя.
Не растекаясь мыслею по древу и не вдаваясь в дремучие теоретические основы работы вышеозначенного усилителя, давайте все же обозначим некоторые основные термины и понятия, с которыми нам предстоит столкнуться в дальнейшем.
Итак — операционный усилитель. Далее будем называть его ОУ, а то очень лень писать каждый раз полностью.
На принципиальных схемах, чаще всего, он обозначается следующим образом:

На рисунке обозначены три самых главных вывода ОУ — два входа и выход. Разумеется, есть еще выводы питания и иногда выводы частотной коррекции, хотя последнее встречается все реже — у большинства современных ОУ она встроенная. Два входа ОУ — Инвертирующий и Неинвертирующий названы так по присущим им свойствам. Если подать сигнал на Инвертирующий вход, то на выходе мы получим инвертированный сигнал, то бишь сдвинутый по фазе на 180 градусов — зеркальный; если же подать сигнал на Неинвертирующий вход, то на выходе мы получим фазово не измененный сигнал.

Так же как и основных выводов, основных свойств ОУ тоже три — можно назвать их ТриО (или ООО — кому как нравится): Очень высокое сопротивление входа, Очень высокий коэффициент усиления (10000 и более), Очень низкое сопротивление выхода. Еще один очень важный параметр ОУ называется скорость нарастания напряжения на выходе (slew rate на буржуинском). Обозначает он фактически быстродействие данного ОУ — как быстро он сможет изменить напряжение на выходе при изменение оного на входе.
Измеряется этот параметр в вольтах в секунду (В/сек).
Этот параметр важен прежде всего для товарищей, конструирующих УЗЧ, поскольку, если ОУ недостаточно быстрый, то он не будет успевать за входным напряжением на высоких частотах и возникнут изрядные нелинейные искажения. У большинства современных ОУ общего назначения скорость нарастания сигнала от 10В/мксек и выше. У быстродействующих ОУ этот параметр может достигать значения 1000В/мксек.
Оценить — подходит ли тот или иной ОУ для ваших целей по скорости нарастания сигнала можно по формуле:

где, fmax — частота синусоидального сигнала, Vmax — скорость нарастания сигнала, Uвых — максимальное выходное напряжение.
Ну да не будем больше тянуть кота за хвост — приступим к главной задаче этого опуса — куда, собственно, эти клевые штуки можно воткнуть и что из этого можно получить.

Первая схема включения ОУ — инвертирующий усилитель.

Наиболее популярная и часто встречающаяся схема усилителя на ОУ. Входной сигнал подается на инвертирующий вход, а неинвертирующий вход подключается к общему проводу.
Коэффициент усиления определяется соотношением резисторов R1 и R2 и считается по формуле:

Почему «минус»? Потому что, как мы помним, в инвертирующем усилителе фаза выходного сигнала «зеркальна» фазе входного.
Входное сопротивление определяется резистором R1. Ежели его сопротивление, например 100кОм, то и входное сопротивление усилителя будет 100кОм.

Следующая схема — инвертирующий усилитель с повышенным входным сопротивлением.
Предыдущая схема всем хороша, за исключением одного нюанса — соотношение входного сопротивления и коэффициента усиления может не подойти для реализации какого-либо специфического проекта. Ведь что получается — допустим, нам нужен усилитель с К=100. Тогда, исходя из того, что значения резисторов должны быть в разумных пределах берем R2=1Мом, а R1=10кОм. То есть, входное сопротивление усилителя будет равным 10 кОм, что в некоторых случаях недостаточно.
В этих самых случая можно применить следующую схему:

В данном случае, коэффициент усиления считается по следующей формуле:

То есть, при том же коэффициенте усиление сопротивление R1 можно увеличить, а значит и повысить входное сопротивление усилителя.

Едем дальше — неинвертирующий усилитель.
Выглядит он следующим образом:

Коэффициент усиления определяется так:

В данном случае, как видите, никаких минусов нет — фаза сигнала на входе и на выходе совпадает.
Основное отличие от инвертирующего усилителя заключается в повышенном входном сопротивлении, которое может достигать 10Мом и выше.
Если при реализации данной схемы в практических конструкциях, необходимо предусмотреть развязку с предыдущими каскадами по постоянному току — установить разделительный конденсатор, то нужно между входом ОУ и общим проводом включить резистор сопротивлением около 100кОм, как показано на рисунке.

Если этого не сделать, то ОУ перевозбудится и ничего дельного вы от него не получите. Ну кроме половины питания на выходе.

Усилитель с изменяемым коэффициентом усиления.

Примем R1=R2=R3=R. И введем некую переменную А, которая может принимать значения от 1 до 0 в зависимости от поворота движка переменного резистора R3.
Тогда коэффициент усиления можно определить так:
K=2A-1
Входное сопротивление практически не зависит от положения движка переменного резистора.
Так, с усилителями разобрались — дальше у нас по плану — фильтры.

Источник:
http://cxem.net/beginner/beginner42.php

Способы повышения коэффициента усиления МУ

Основной характеристикой магнитного усилителя является коэффициент усиления по мощности. Чем выше этот коэффициент, тем проще и экономичнее получаются элементы цепи управления усилителя, тем большей мощностью переменного тока можно управлять при одинаковой мощности сигнала, подведенного к управляющей обмотке.

Увеличение коэффициента усиления магнитных усилителей может быть достигнуто различными путями:

1. применением для изготовления сердечников специальных магнитных сплавов, обладающих высокой магнитной проницаемостью;

2. повышением частоты питающего переменного тока;

3. применением многокаскадного усилителя;

4. применением положительной обратной связи.

Для изготовления сердечников применяются специальные магнитные сплавы, например пермаллой, супермаллой и т. п., обладающие высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями на гистерезис. При повышенной частоте питающего переменного тока сердечники выполняются из ферритов.

Применение специальных магнитных сплавов позволяет уменьшить величину тока в управляющей обмотке, так как при большей магнитной пропорциональности прежнее изменение индуктивного сопротивления рабочих обмоток достигается при меньшей величине намагничивающего тока. При этом величина тока в рабочих обмотках не уменьшается, т. е. коэффициент усиления возрастает.

Повышение частоты питающего переменного тока приводит к увеличению индуктивного сопротивления рабочих обмоток, так как оно пропорционально частоте питающего тока ХLp = 2πfLр. Это позволяет уменьшить индуктивность рабочих обмоток, что достигается уменьшением числа витков Wp рабочей обмотки. Уменьшение числа витков рабочей обмотки приводит к уменьшению магнитного потока рабочей обмотки, что, в свою очередь, позволяет уменьшить магнитный поток управляющей обмотки. Уменьшение магнитного потока управляющей обмотки осуществляется уменьшением величины тока в управляющей обмотке. При этом величина тока в рабочих обмотках не уменьшается, т. е. усиление возрастает.

Уменьшение индуктивности рабочих обмоток приводит к уменьшению постоянной времени τ усилителя, которая равна отношению индуктивности обмоток усилителя L к активному сопротивлению обмоток г:

где τ, сек; L, гн; г, ом.

Постоянная времени определяет продолжительность переходных (неустановившихся) процессов в усилителе. Чем больше постоянная времени, тем дольше протекают переходные процессы, приводящие к нарушению работы усилителя. Уменьшение постоянной времени приводит к уменьшению длительности переходных процессов, что позволяет усиливать сигналы, имеющие более высокую частоту.

Так, например, повышение частоты питающего тока до 400—2000 гц позволяет усиливать сигналы, имеющие частоту в десятки и сотни герц. Повышение частоты питающего тока позволяет также уменьшить размеры сердечника.

Применение многокаскадных магнитных усилителей дает возможность значительно увеличить коэффициент усиления. В многокаскадных усилителях усиленный ток, напряжение или мощность с выхода первого усилителя (первого каскада) после выпрямления с помощью полупроводниковых выпрямителей подаются на вход второго усилителя (второго каскада). Усиленный сигнал с выхода второго каскада подается на вход третьего каскада и т.д. В цепь рабочих обмоток последнего каскада включается нагрузка, на которой выделяется многократно усиленный сигнал.

Коэффициент усиления многокаскадного усилителя тем больше, чем больше количество каскадов усилителя.

Однако увеличение числа каскадов приводит к увеличению общей индуктивности обмоток усилителя. Это увеличивает постоянную времени и продолжительность переходных процессов. Возросшая инерционность усилителя ограничивает частоту усиливаемых сигналов.

Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 289 ;

Источник:
http://studopedia.net/4_49912_sposobi-povisheniya-koeffitsienta-usileniya-mu.html

Как увеличить охват Wi-Fi роутера

Довольно распространенная ситуация: роутер есть, Wi-Fi раздается, однако есть пара «белых пятен», где прием неуверенный или отсутствует полностью. В частных домах это проявляется еще ярче и очень часто на половине участка (а порой и в половине дома) сеть «не ловится». Можно ли что-нибудь с этим сделать?

Располагаем роутер правильно

Часто место для роутера выбирают по удобству и эстетике: «Засунем его за шкаф, там и розетка рядом и в глаза не бросается». В расчет не принимается, что так роутер окажется в дальнем углу квартиры, а то и вовсе будет отделен от нее капитальной стеной. Поэтому иногда для исправления ситуации с приемом достаточно просто перенести роутер.

Где должен стоять роутер? Напрашивающийся ответ «в центре помещения» не всегда верен. Если квартира разделена капитальной стеной, роутер лучше поставить вплотную к ней, в большей по площади части квартиры. Не следует располагать роутер близко к источникам электрических помех — холодильникам, микроволновкам, стабилизаторам и т. п. Если в квартире есть зона с большим количеством клиентов беспроводной сети (например, кабинет или гостиная с домашним кинотеатром), имеет смысл расположить роутер ближе к ней.

Меняем и настраиваем антенны роутера

Если у вашего роутера антенны внутренние, то этот пункт можно пропустить — изменить форму зоны приема на нем не получится. А вот роутер с внешними антеннами частенько можно «подстроить» под форму жилища. В этом нам поможет коэффициент усиления антенн (обычно он приводится в характеристиках роутера). Чем коэффициент больше, тем больше радиус сети, однако следует иметь в виду, что увеличение дальности производится антенной за счет перераспределения сигнала в пространстве. Если коэффициент усиления близок к 1, то форма зоны приема вокруг антенны будет шарообразной, и дальность распространения сигнала при этом будет невелика — такой вариант лучше подходит для небольших двухэтажных зданий с площадью этажа в 50-100 м 2 .

Но у большинства антенн коэффициент усиления больше 1, а форма зоны приема вокруг них больше похожа на диск. То есть, по бокам антенны сигнал сильнее, чем сверху или снизу. Такая антенна лучше подойдет для одноэтажных помещений.

Читайте также  Мастер-класс смотреть онлайн: Скетчбук своими руками

Многие современные роутеры имеют несколько каналов передачи — как правило, по количеству антенн (или пар антенн на более «продвинутых» моделях). Развернув антенны в разных направлениях, можно разнести зоны приема разных каналов по плоскостям — это также может пригодиться в частных домах с несколькими этажами.

Внешние антенны часто бывают съемными, и вы можете заменить их на более подходящие по характеристикам.

Антенны могут быть направленными — у них сигнал распространяется не во все стороны, а только в определенном секторе. Дальность приема в этом секторе значительно увеличится за счет перераспределения мощности радиоизлучения. Заменив антенну роутера на направленную, можно обеспечить уверенный прием в сильно вытянутой зоне, например, не только в основном доме, но и в беседке, расположенной метрах в 30 от дома.

Если же задача стоит в том, чтобы «растянуть» зону приема буквально на пару-тройку метров, можно воспользоваться насадкой на антенну. Эффект насадки не сравнить с использованием полноценной направленной антенны, но иногда именно её вполне достаточно. Да и стоит насадка намного меньше полноценной антенны.

Меняем настройки роутера

Изменение настроек роутера может помочь, если распространению сигнала мешают другие беспроводные сети. Например, если неподалеку расположен еще один роутер, раздающий Wi-Fi на том же канале, радиус покрытия вашей сети может сильно уменьшится. Переход на другой канал может решить эту проблему. Большинство роутеров способны сами определять наименее загруженный канал и использовать именно его — для этого лишь надо выставить «Auto» в списке каналов Wi-Fi.

Если такого варианта в настройках вашего роутера нет, вы можете определить загруженность каналов самостоятельно с помощью сотового телефона и специализированного приложения, например, Wifi Analyzer.

Обратите внимание, что на скриншотах диапазон 5 ГГц намного менее загружен. Так оно и есть в большинстве случаев, и переход на 5 ГГц может решить проблему плохой связи в условиях сильной «зашумленности» эфира.

Увы, далеко не все устройства поддерживают эту частоту. Перед тем, как переходить на нее, убедитесь, что все ваши клиенты (телефоны, компьютеры, телевизоры и т. д.) способны подключаться к сетям Wi-Fi частотой 5 ГГц.

Еще одна настройка, которая может помочь в распространении сигнала — мощность сигнала. Многие роутеры, имеющие эту опцию, лишь позволяют менять мощность в диапазоне от 0 до 100 % — нетрудно понять, что увеличению зоны приема это ничуть не поспособствует. Но есть модели, позволяющие поднять мощность сигнала выше стандартной, и в этом случае имеет смысл попробовать ее увеличить.

Однако имейте в виду, что мощность сигнала роутеров ограничена решением Государственной комиссии по радиочастотам, и максимальное значение параметра может увеличить мощность выше разрешенной. Никто, правда, особо не контролирует соблюдение этого ограничения, но тем не менее.

Добавляем роутеры

Если обстановка настолько сложна, что ничего из вышеперечисленного не помогает «покрыть» сетью нужную площадь, остается только увеличить количество роутеров. Это можно сделать несколькими способами. Эффект в каждом случае будет немного отличаться.

Установить еще один обычный роутер. Его можно как подключить к уже установленному как по Wi-Fi, так и с помощью кабеля RJ-45. При первом варианте не забудьте разнести каналы сетей, иначе они будут мешать друг другу. Подключение с RJ-45 надежнее и обычно обеспечивает большую скорость. Минус такой конструкции в том, что раздаваться будут фактически две разные сети, что может приводить к некоторым неудобствам. Некоторые клиенты, например, подключившись к первой сети, будут продолжать «цепляться» за нее, даже когда вы перейдете в зону, где будет уверенный прием второй сети, а сигнал первой принимается слабо.

Установить повторитель wi-fi или второй роутер в режиме повторителя. Это похоже на предыдущий вариант — различные модели повторителей также можно подключить к основному роутеру по Wi-Fi или витой паре. А вот второй в таком режиме можно подключить только в том случае, если его прошивка позволяет такой вариант использования. Режим повторителя есть, к примеру, на многих моделях Asus и ZyXEL.

Настройка репитера очень проста: часто для расширения сети достаточно включить повторитель в розетку и нажать кнопку WPS на обеих устройства. Еще один плюс данного решения в том, что сеть будет одна, с одним именем и одним паролем — переключение между роутерами осуществляется почти незаметно. «Почти», потому что некоторые сетевые активности будут прерываться при переходе от роутера к повторителю и обратно — закачки файлов, звонки через мессенджеры и т. п.

  • Репитер способен ретранслировать только одну сеть. Если роутер раздает две сети (основную и гостевую, например), повторитель будет раздавать только одну.
  • Установить Mesh-роутеры. Mesh-система — самый «продвинутый» вариант построения большой сети Wi-Fi. В этом варианте сеть раздается одна. Благодаря специальному расширению протокола 802.11 для многоточечных сетей, переход клиента от передатчика к передатчику происходит совершенно незаметно. Mesh-системы обладают широчайшими возможностями по расширению (могут насчитывать до сотен роутеров и покрывать квадратные километры площади), но стоят такие решения пока что дороже любых других.

    Как видите, слабый прием сети — проблема несложная. Нужно только определиться с тем, как и насколько вам нужно расширить сеть и сколько вы готовы на это потратить.

    Источник:
    http://club.dns-shop.ru/blog/t-280-marshrutizatoryi/28374-kak-uvelichit-ohvat-wi-fi-routera/

    Отрицательная обратная связь, часть 2: снижение чувствительности к коэффициенту усиления и увеличение полосы пропускания

    Рассмотрев общую структуру отрицательной обратной связи, мы теперь продемонстрируем, как отрицательная обратная связь оказывает положительное влияние на две важные характеристики схем усилителей.

    Вспомогательная информация

    Чтобы вам не приходилось переключаться между страницами каждый раз, когда вы хотите обдумать общую структуру обратной связи, вот схема, представленная в предыдущей статье:

    Рисунок 1 – Абстрактный усилитель с отрицательной обратной связью

    Фундаментальный компромисс

    В предыдущей статье мы видели, что добавление отрицательной обратной связи изменило общий коэффициент усиления схемы усилителя с A (то есть усиления исходного усилителя с разомкнутой петлей обратной связи) до приблизительно 1/ β , где β – коэффициент обратной связи, то есть доля от выходного сигнала, которая подается обратно и вычитается из управляющего сигнала (или опорного сигнала). Но теперь перед нами важный вопрос: что не так с А ? Почему бы просто не разработать усилитель без обратной связи так, чтобы получить необходимый коэффициент усиления, и забыть об отрицательной обратной связи?

    Ну, теоретически это должно работать, но на самом деле гораздо проще добиться точного, устойчивого усиления от простой схемы обратной связи, чем от усилителя. Посмотрите на эти цифры для операционного усилителя LT6003 от Linear Technology:

    Рисунок 2 – Фрагмент из технического описания операционного усилителя LT6003 от Linear Technology

    Здесь у нас приведены характеристики усиления без обратной связи для современного операционного усилителя общего назначения от ведущего производителя аналоговых микросхем. Как бы вы почувствовали снижение коэффициента усиления на 80% вашей критически важной схемы усилителя? Тем не менее, обратите внимание, что эти коэффициенты усиления довольно высоки – от наихудшего случая 15 000 В/В до номинального значения 500 000 В/В при Vпит = 5 В. Таким образом, мы можем сделать правильный вывод. Сконструировать усилитель общего назначения с точным, постоянным коэффициентом усиления – сложно, а сконструировать усилитель общего назначения с очень высоким коэффициентом усиления – легко. Как вы, вероятно, уже поняли, отрицательная обратная связь является идеальным решением этой проблемы: простые пассивные компоненты, составляющие цепь обратной связи, обеспечивают точность и постоянство. А очень высокий коэффициент усиления усилителя без обратной связи делает коэффициент усиления с обратной связью менее чувствительным к тому типу экстремальных изменений, которые вы видите в приведенных выше технических спецификациях. Это иллюстрирует фундаментальный компромисс усилителя с отрицательной обратной связью – мы уменьшаем общее усиление, чтобы улучшить схему другими способами. Итак, давайте подробнее рассмотрим первое преимущество отрицательной обратной связи: снижение чувствительности к коэффициенту усиления.

    Быть менее чувствительным хорошо

    Мы уже обсуждали способность обратной связи сделать усилитель зависимым от β вместо A , поэтому здесь мы будем кратки. Под «снижением чувствительности к коэффициенту усиления» мы подразумеваем, что усиление схемы «усилитель плюс обратная связь» гораздо менее чувствительно к изменениям коэффициента усиления усилителя без обратной связи (с разомкнутой петлей обратной связи). Мы явно не указали, что бо́льшее снижение чувствительности достигается, когда усиление без обратной связи выше, а усиление с обратной связью меньше. Напомним формулу для усиления с обратной связью:

    Мы можем интуитивно наблюдать, что любое изменение A , прежде чем оно повлияет на коэффициент усиления с обратной связью, делится на (1 + Aβ ). Немного посчитав, вы действительно сможете подтвердить, что отношение GОС,старый/GОС,новый уменьшается на коэффициент (1 + Aβ ) относительно A старый/ A новый. Таким образом, когда A очень высокий (как в типовых операционных усилителях), и β ограничен типовыми значениями (скажем, не менее 0,01, что соответствует коэффициенту усиления 100), величина (1 + Aβ ) достаточно велика, чтобы обеспечить минимальное влияние изменений A на коэффициент усиления с обратной связью. Например, представьте, что коэффициент усиления операционного усилителя без обратной связи в результате изменений температуры окружающей среды увеличивается на 10%, при этом начальный коэффициент усиления без обратной связи составляет 100000. Схема с обратной связью рассчитана на коэффициент усиления 10.

    Можно с уверенностью сказать, что работа большинства систем не будет серьезно нарушена увеличением коэффициента усиления на 0,00009 В/В.

    Расширяем полосу

    Как упоминалось в предыдущей статье, реальные усилители не имеют единого значения коэффициента усиления, которое применяется к сигналам любой частоты. Большинство операционных усилителей включают в себя внутреннюю компенсацию, чтобы сделать их более стабильными, что приводит к уменьшению коэффициента усиления без обратной связи на 20 дБ/декада, начиная с очень низких частот. И даже в устройствах, которые специально разработаны и оптимизированы для работы на высоких частотах, паразитные индуктивности и емкости в конечном итоге приведут к снижению коэффициента усиления. Но не позволяйте этим ограничениям полосы пропускания приводить вас в уныние – нам может помочь отрицательная обратная связь.

    Читайте также  Как снять чехол со стула moll

    Теперь, когда мы рассматриваем частотную характеристику усилителя, нам следует изменить формулу коэффициента усиления с обратной связью следующим образом, где GОС,НЧ и A НЧ обозначают коэффициенты усиления с обратной связью и без обратной связи на частотах, намного меньших частоты среза без обратной связи.

    Здесь нет ничего удивительного. Интересно то, что происходит с частотной характеристикой; если вы проанализируете коэффициент усиления с обратной связью как функцию частоты, вы обнаружите, что частота среза с обратной связью (fср,НЧ) связана с частотой среза без обратной связи (fср, без ОС) следующим образом:

    Таким образом, в схеме «усилитель плюс обратная связь» мы фактически получаем значительно бо́льшую полосу пропускания. Отметим также, что, как и при снижении чувствительности к коэффициенту усиления, более высокое коэффициент усиления без обратной связи приводит к большему увеличению полосы пропускания.

    Возможно, вы заметили здесь кое-что интересное: полоса пропускания увеличивается на коэффициент (1 + A НЧ β ), а коэффициент усиления на низких частотах уменьшается на коэффициент (1 + A НЧ β ). Это приводит к довольно элегантной связи, при которой уменьшение коэффициента усиления усилителя на определенный коэффициент вызывает увеличение полосы пропускания на тот же коэффициент. Это лучше всего пояснить на графиках частотных характеристик. Вот коэффициент усиления LT1638, операционного усилителя общего назначения от Linear Tech, без обратной связи.

    Рисунок 3 – Зависимость коэффициента усиления LT1638 без обратной связи от частоты

    Как и ожидалось, мы имеем спад 20 дБ/декада, начинающийся на очень низких частотах. Теперь давайте добавим обратную связь с β = 0,1 (что соответствует коэффициенту усиления 10).

    Рисунок 4 – Зависимость коэффициента усиления LT1638 с обратной связью от частоты при β = 0,1

    В этой схеме (1 + A НЧ β ) ≈ (1 + 708 000 × 0,1) = 70 801 = 97 дБ. С помощью этого эксперимента мы можем легко подтвердить, что коэффициент усиления действительно уменьшается на 97 дБ. На следующем графике курсоры расположены вблизи двух частот среза.

    Рисунок 5 – Уменьшение коэффициента усиления на частотах среза

    Полоса пропускания увеличивается в 130 900 / 1,38 = 94 855 раз, что соответствует ожидаемому соотношению, но не совсем так, как мы прогнозируем. Результаты здесь менее точны, чем с коэффициентом усиления, поскольку математические соотношения предполагают идеальную однополюсную частотную характеристику, тогда как однополюсная характеристика является лишь приближением фактического коэффициента усиления операционного усилителя без обратной связи к частотным характеристикам.

    Следующий график, который включает в себя кривые для двух дополнительных схем обратной связи, помогает проиллюстрировать обратную зависимость между коэффициентом усиления с обратной связью и шириной полосы пропускания с обратной связью: при увеличении коэффициента усиления полоса пропускания уменьшается.

    Рисунок 6 – Зависимость между значением коэффициента усиления и шириной полосы пропускания

    Произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания равно.

    Предшествующее обсуждение должно помочь вам понять, почему производители операционных усилителей могут кратко представить высокочастотные характеристики своих устройств, используя только одну простую спецификацию, а именно, произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания, сокращенно GBP (Gain-Bandwidth Product). (Обратите внимание, что GBP применяется к операционным усилителям с обратной связью по напряжению, а не к операционным усилителям с обратной связью по току.)

    Приведенная выше формула показывает как способ определения GBP, так и способ его использования. Чтобы найти GBP, умножьте коэффициент усиления без обратной связи на частоту среза без обратной связи (на практике вам не нужно рассчитывать GBP, потому что он дан вам в техническом описании операционного усилителя). Чтобы использовать GBP в процессе проектирования, вы подставляете необходимый коэффициент усиления или полосу пропускания, чтобы определить соответствующую максимальную полосу пропускания или коэффициент усиления, которые может выдать данный конкретный усилитель. (В реальном проекте вы всегда предполагаете некоторый запас, например, если вам нужен коэффициент усиления 10 на частотах от 0 Гц до 1 МГц, ищите операционный усилитель с GBP не менее 30 МГц, а лучше 50 МГц.)

    И последнее замечание: приведенная выше формула подразумевает, что GBP равен частоте при единичном коэффициенте усиления операционного усилителя, поскольку подстановка в формулу 1 вместо GОС,НЧ дает в результате, что fGBP = fср,ОС. Однако имейте в виду, что частота единичного усиления усилителя не всегда совпадает с частотой GBP: GBP определяется низкочастотным коэффициентом усиления без обратной связи и частотой среза без обратной связи, тогда как частота единичного усиления – это частота, при которой коэффициент усиления без обратной связи равен 1. Если усилитель имеет на АЧХ второй (не доминирующий) полюс, который увеличивает наклон спада до того, как коэффициент усиления без обратной связи достигнет 1, частота единичного усиления будет ниже, чем GBP.

    Заключение

    Теперь мы хорошо понимаем, что отрицательная обратная связь может улучшить две важные характеристики усилителя – ширину полосы пропускания и чувствительность к усилению без обратной связи – при этом она значит немного больше, чем просто цепь обратной связи и некоторый коэффициент усиления, который нам в любом случае не нужен. В следующей статье мы рассмотрим положительное влияние отрицательной обратной связи на некоторые другие менее заметные, но, тем не менее, важные свойства схем усилителей.

    Источник:
    http://radioprog.ru/post/727

    Урок 4.2. Биполярный транзистор — режим усиления.

    В предыдущей статье мы разбирались с основами усилителей, немного было сказано о том, что такое обратная связь и коэффициент усиления. Был приведен расчет схемы на операционном усилителе. Теперь мы готовы заглянуть чуть глубже, чтобы понять основы основ.

    Транзистор можно представить в виде переменного сопротивления. Положение регулятора зависит от тока подаваемого на базу. Если ток не подается, сопротивление перехода коллектор-эмиттер очень большое. При подаче на базу небольшого тока, сопротивление переменного резистора уменьшится, и по цепи К-Э потечет ток в h21 раз больше тока базы. H21 это величина коэффициента усиления транзистора, находится по справочнику.

    Если ток базы постепенно увеличивать, то сопротивление перехода будет постепенно уменьшаться, до тех пор пока не станет близким к нулю. В этот момент транзистор будет полностью открыт, именно этот режим мы и рассматривали в статье про подключение нагрузки при помощи транзистора.

    На этот раз нас интересует промежуточное состояние, так как вход и выход взаимосвязаны, то сигнал на выходе будет являться копией входного, но усиленный в несколько раз. Теперь разберемся с усилением. Дело в том, что h21, имеет довольно большой разброс для одного типа транзистора может находиться в пределах от 400 до 1000. Так же, он зависит от температуры. Поэтому, существует типовая схема усиления, которая учитывает все эти недостатки. Но для общего развития стоит рассказать какие они вообще бывают.

    Вспомним что мы представляли усилитель, как черный ящик — две ножки вход и две выход. В случае с транзистором, одна из ножек будет постоянно общей для входа и для выхода. В зависимости от этого транзистор может быть включен по схеме с общем базой, с общим коллектором и общим эмиттером.

    Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки. Наша цель рассмотреть включение по схеме с общим эмиттером, потому что данная схема позволяет усилить и ток, и напряжение.

    На самом деле, информации с расчетом схемы с общим эмиттером в интернете полно, но на мой взгляд, она не годится для человека, который с трудом представляет себе как выглядит транзистор. Здесь мы будет рассматривать максимально упрощенный вариант, который позволит получить весьма приближенный, но, нам мой взгляд, понятный результат. Поэтому постараемся шаг за шагом разложить все по полочкам.

    Реальный транзистор имеет несколько особенностей, которые нужно учитывать при разработке схемы. Например, если сигнал маленькой амплитуды подать на базу, то на выходе ничего не будет — транзистор просто напросто не откроется. Для того, чтобы на выходе появился сигнал, его нужно приоткрыть, т.е. подать на базу напряжение смещения, порядка 0,7В. Обычно это напряжение подается при помощи делителя напряжения. На номиналы резисторов пока не обращаем внимание, расчет будет чуть дальше.

    Следующий момент, когда транзистор будет открываться, то по цепи коллектор-эмиттер потечет ток, причем когда транзистор будет полностью открыт, то ток будет ограничен только источником питания. Поэтому транзистор может сгореть. Величина максимального тока приводится в справочнике, поэтому для ограничения тока в цепь коллектора ставится токоограничивающий резистор (как для светодиода).

    Осталось добавить резистор в цепь эмиттера. Смысл его в том, что когда под влиянием окружающей температуры напряжение на выходе изменяется, изменяется и ток коллектора. Так как ток коллектора и эмиттера одинаков, то и на эмиттерном резисторе изменяется напряжение. Напряжение базы и эмиттера связаны формулой Uбэ = UбUэ. получается, что если на выходе напряжение увеличилось, то на базе оно уменьшится, при этом транзистор призакроется и наоборот. Таким образом транзистор сам себя регулирует, не давая напряжению изменяться под действием внешних факторов, т.е. эмиттерный резистор играет роль отрицательной обратной связи.

    Вспомним, что коэффициент усиления находится в довольно большом диапазоне. Поэтому эмиттерный резистор, кроме того, за счет обратной связи, позволяет контролировать величину коэффициента усиления схемы. Отношение сопротивления коллекторного резистора к эмиттерному, примерно, является коэффициентом усиления Ku.

    Любой источник сигнала имеет свое внутреннее сопротивление, поэтому для того чтобы ток от внешнего источника VCC не протекал через источник V1 ставят блокировочный конденсатор С1. В итоге мы получили схему усилителя с общим эмиттером.

    Теперь, задача рассчитать его. Пусть дан источник сигнала 50mV, который нужно усилить примерно в 10 раз.

    Чтобы не было искажения сигнала, на базу необходимо подавать напряжение смещения, т.е. транзистор должен быть постоянно приоткрыт, поэтому даже при отсутствии сигнала на входе, по цепи коллектор-эмиттер постоянно будет протекать ток. Этот ток называется ток покоя, его рекомендуемая величина 1-2мА. Остановимся на 1мА.

    Читайте также  Как сделать компас - самодельный своими руками в домашних условиях

    Теперь нужно выбрать резисторы R3 и R4, Их величина будет определять ток покоя, но необходимо учесть, что транзистор не сможет усиливать напряжение ниже 0,7В, поэтому сигнал на выходе обычно колеблется относительно некоторой точки, в качестве которой обычно выбирают половину напряжения питания. Поэтому половина напряжения должна падать на этих резисторах, а вторая половина будет падать на транзисторе.

    R3+R4 = (Uпит/2)/Iк = 2,5В/0,001 = 2,5кОм.
    Требуемый коэффициент усиления 10, т.е. R3 должен быть больше R4 в 10 раз. Исходя из этого есть два условия:
    R3+R4=2500
    R3=10*R4

    Подставим в первую формулу второе выражение
    10R4+R4=2500
    11R4=2500
    R4=227 Ом ближайший реально существующий номинал 220 Ом
    R3=10*R4=2270 ближайший номинал 2,2кОм

    Пересчитаем напряжение средней точки на выходе, с учетом выбранных резисторов:
    Uк=Uпит-(Rк*Iк)=5-2,2*0,001=2,8В

    Теперь нужно вычислить ток базы, для транзистора BC547C h21min=420
    Iб=(Uпит/(Rк+Rэ))/h21=(5/(2200+220))/420=0,00000492А

    Ток делителя R1,R2 должен быть в 5-10раз больше тока базы, для того, чтобы не оказывать на него влияния
    Iд=Iб*10=0,0000492А

    Рассчитаем общее сопротивление делителя R1,R2
    R12=Uпит/Iд=5/0,0000492=101 692 Ом

    Резистор R2 можно рассчитать зная напряжение на базе, для начала определим напряжение эмиттера:
    Uэ=Iк0*Rэ= 0,001*220=0,22В

    Напряжение Uбэ типовое для всех транзисторов, находится в пределах 0,55-0,7В. По знакомой формуле вычисляем напряжение на базе:
    Uб=Uэ+Uбэ=0,22+0,66=0,88В

    Отсюда вычислим сопротивление R2:
    Rб2= (Rб1+Rб2)*Uб/Eп=(101*0,88)/5=17 776 или 18кОм по номинальному ряду

    Из их суммы R1,R2 можно найти R1
    R1=R12-R2=101-18=83кОм или 82кОм из существующих

    Остался только блокировочный конденсатор, его величина должна быть больше
    C>>1/2*pi*f*R2||R1 f — нижняя граница усиливаемой частоты, возьмем 20Гц
    С=1/(6,28*20*((82000*18000)/82000+18000))=0,53мкФ, можно поставить 0.47мкФ

    В результате мы получили следующую схему:

    Как видно выходной вольтметр показывает 432мВ, т.е. коэффициент усиления схемы получился Кu=432/50

    8,5. Чуть меньше ожидаемого, но в целом неплохо. И еще один момент, на графиках видно, что сигнал, как уже говорилось, смещен относительно нуля, убрать постоянную составляющую можно поставив на выход конденсатор. Так же обратите внимание, что усиленный сигнал смещен относительно входного на 180 градусов.

    64 комментария: Урок 4.2. Биполярный транзистор — режим усиления.

    Будьте любезны,подскажите пожалуйста,как скинуть сюда какое либо изображение?Мог бы скинуть фото или рисунок своей схемы,для понятия обоих сторон.

    Вот эту ссылку выделить,потом посмотреть можно в Яндексе,там обсуждалась эта схема.Только без понижающего трансформатора,пытаюсь собрать,параметры конечно тоже другие,как ранее описал.

    Вставлять обычными html тегами.

    По поводу самой схемы уровень сигнала подстраивается r2, r4, r6, но вопрос скорее не в этом.

    Так в чем тогда?В этой схеме транзисторы прямой проводимости,а D13009 обратной.А сопротивления база коллектор,пока еще нет.Вот и пытаюсь у Вас как у специалиста спросить,возможен ли он там?Быть может собрать эту схему на кт315,с нее выход подать на D13009.Пробовал кт 972,это составной транзистор,но почему то не пошло ничего.

    Тут нет места гаданиям. По Вашим фразам можно понять, что Вы не представляете, что есть на входе и что должно получиться на выходе, отсюда и все проблемы. Составьте для себя максимально подробное тз, какой сигнал должен быть на входе, какой сигнал должен быть на выходе, какие частоты должны проходить, какие не должны. Ответы на эти вопросы, кроме Вас никто не знает. Когда Вы самостоятельно дадите ответы, тогда еще раз прочитайте статью и все остальные вопросы отвалятся. Останется практическая часть. Берёте генератор, подаете на вход сигналы нужной частоты, смотрите осциллографом уровень сигнала до и после транзистора. Подстраиваете уровни. И наверняка не нужно сразу лепить 220В, заведите сначала на каких нибудь лампочках для фонарика, это существенно облегчит задачу.

    Пока общался с Вами,еще раз просмотрел много разных схем.Привлекла одна из них,это прометей-1.Выходит да,нужно спаять схему на более низкое напряжение,потом с нее подать на выходные транзисторы,которые задумал поставить.Низковольтные схемы цветомузыки чем не заинтересовали меня.У них для того чтобы осветить экран хотя бы по 4 лампочки на канал,нужен такой большой и мощный трансформатор.Вот и зародилась такая идея.Ведь технологии не стоят на месте.Сейчас стали более доступны мощные транзисторы.А светодиодная работа,тоже не подходит.У них режим работы не тот что у лампочек накаливания.Про тиристоры и не буду писать.Так что большое спасибо.А цветомузыка это всегда работа раздумий,а не изготовление шаблонов.Ведь творишь искусство,рисования музыки на экране.А не простые всполохи того или иного цвета.И еще на всякий случай,посоветуйте на Ваш вкус какую либо схему.Очень рад общению.

    Источник:
    http://avr-start.ru/?p=1242

    Что такое усиление антенны простыми словами

    Радиосвязь, сотовая связь, телевидение, беспроводной Wi-Fi и 3G интернет осуществляются при приёме и передаче радиоволн антеннами. Радиоволна — это электромагнитное излучение. Любая радиоволна характеризуется тремя основными параметрами: длиной волны, амплитудой и скоростью распространения. Свет и радиоволны распространяются с огромной скоростью: 300 тысяч километров в секунду (то есть луч света долетит от Земли до Луны меньше, чем за две секунды). Длина волны — это расстояние между двумя любыми её гребнями. Амплитуда — это «высота», на которую поднимается этот гребень. Чем больше амплитуда световой волны, тем ярче этот свет (иными словами, тем выше интенсивность волны). Зная длину волны и скорость её распространения, всегда можно вычислить частоту волны (это число гребней, образовавшихся за одну секунду). Частота измеряется в Герцах.

    У радиоволны есть ещё одна характеристика: поляризация, но о ней расскажем позднее.

    Любой видел радиоволны, и не раз. Ведь свет — это тоже радиоизлучение, но с очень малой длиной волны (соответственно очень высокой частотой), в тысячу раз меньше миллиметра. Чтобы понять, как распространяются радиоволны, достаточно провести аналогию с распространением света.

    — свет распространяется прямолинейно;

    — если на пути луча света поставить большую преграду, то образуется тень;

    — если на пути луча света поставить преграды, которые меньше длины волны или сравнимы с ней, то свет, претерпев некоторые изменения, пройдёт дальше;

    — стекло ослабляет яркость света, иногда очень сильно;

    — если на пути солнечного света поставить увеличительное стекло, то в его фокусе получится яркая ослепительная точка, которая может зажечь дерево.

    Радиоволны имеют большую длину волны, чем свет, но от этого законы их распространения не меняются. В технике используются радиоволны различных частот (длин волн):

    — телевидение: 50-600 МГц (6-0,5 м)

    — мобильная связь GSM900: 900 МГц (33 см);

    — мобильная связь GSM1800: 1800 МГц (17 см);

    — 3G интернет: 2000 МГц (15 см);

    — Wi-Fi: 2450 МГц (12 см) и 5750 МГц (5 см).

    Радиоволны распространяются прямолинейно, так же как и свет.

    Если на пути радиоволн, представленных в таблице, поставить преграду размером порядка одного метра, то волна не ослабнет. Здесь можно провести аналогию с волнами на море: большая волна не ослабнет из-за находящегося в воде человека, а большой корабль не даст волнам пройти.

    Если же на пути радиоволны будет большое препятствие, например, многоэтажный дом, то оно значительно уменьшит сигнал, вплоть до полного его ослабления.

    Оконное стекло также ослабляет радиоволны.

    Спутниковая тарелка действует подобно увеличительному стеклу: собирает сигнал с большой площади и концентрирует в одной точке. И наоборот, сигнал исходит из одной точки, а тарелка собирает его и преобразует в узкий направленный пучок.

    Радиоволна, попадая на антенну, вызывает в ней электромагнитные колебания, и по проводящим частям антенны начинает течь электрический ток. Этот ток опускается по кабелю в приемное устройство, где из него извлекается информация (звук, изображения, данные, . ). И наоборот, если подать на антенну электрический ток определенной частоты, то антенна будет излучать в пространство радиоволны этой же частоты.

    Любая антенна будет одинаково хорошо работать как на приём, так и на передачу сигнала в пределах своего рабочего диапазона частот. Поэтому для простоты в дальнейшем мы будем говорить только про приём или только про передачу.

    Коэффициент усиления антенны характеризует способность антенны концентрировать сигнал в каком-либо определённом направлении. Приведём аналогию: представим, что в тёмной комнате у вас горит слабая 1 Вт лампочка. Вы сможете увидеть лишь контуры предметов в этой комнате, а дальние углы останутся тёмными. Теперь у вас в руках есть ещё небольшое зеркало. Оно отражает часть света от лампочки, и одна половина комнаты освещена в два раза лучше, но другая половина скрыта в тени от зеркальца. В третьем случае поместим эту лампочку в отражатель от фонарика: получится пятно яркого света размером с ладонь. При помощи этого фонаря вы сможете осветить самый дальний угол комнаты. Но ничего, кроме этого пятна света вы не увидите. Таким образом, во всех случаях лампочка оставалась одна и та же. Мы использовали различные отражатели, меняя концентрацию светового луча в определённом направлении.

    Абсолютно так же это происходит и у антенн. На самом деле антенны не усиливают, а концентрируют сигнал в одном или нескольких направлениях, и термин «коэффициент усиления» не должен вводить вас в заблуждение.

    Коэффициент усиления измеряется в децибелах (дБ). Это логарифмическая величина и введена она для упрощения математических расчетов. Коэффициент усиления сравнивает мощность изотропного излучателя (одинокой лампочки без зеркал в примере) и мощность данной антенны. Для перевода отношения мощностей в децибелы необходимо воспользоваться следующей таблицей.

    Источник:
    http://kroks.ru/useful-articles/stati/what-is-the-antenna-gain-in-simple-words/