Усилителей импульсных

Универсальный лабораторный стенд предназначен для выполнения лабораторных работ по курсу «Основы промышленной электроники». С его помощью можно проводить исследования полупроводниковых и оптоэлектрон-ных приборов, а также электронных усилителей, генераторов, выпрямителей, интегральных микросхем и др. На передней панели стенда ( П.1) расположены два цифровых

Биполярные транзисторы являются полупроводниковыми усилительными приборами универсального назначения и широко применяются в различных типах усилителей, генераторов, логических и импульсных устройствах.

Рассмотренные ранее сплавные транзисторы считаются наиболее массовыми приборами широкого применения в диапазоне частот до нескольких сотен килогерц и допустимых напряжений в десятки и сотни вольт. По рабочим токам и мощности они в основном удовлетворяют потребности различных устройств промышленной электроники (усилителей, генераторов, преобразователей и т.п.) . Максимальная мощность любого транзистора в основном определяется предельной рабочей температурой коллекторного перехода. По допустимой мощности рассеивания на коллекторе транзисторы условно делятся на три группы: маломощные (до 300 мВт) , средней мощности (0,3—5 Вт) и большой мощности (свыше 5 Вт) .

Аналоговая интегральная схема выполняет функции преобразования и обработки электрических сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. Такие ИМС применяются в качестве усилителей, генераторов гармонических сигналов, фильтров, детекторов и др. Частным случаем аналоговой ИМС является линейная микросхема, обладающая линейной характеристикой.

ных реле, ламповых усилителей, генераторов, а также в других схемах промышленной электроники.

Особенностью туннельных диодов является очень высокая концентрация носителей заряда, достигающая 6-Ю19 Нем3, благодаря чему полупроводники, образующие электронно-дырочный переход, становятся «вырожденными», с очень высокой проводимостью, а ширина электронно-дырочного перехода получается очень малой, порядка 10 -т- 15 мкм, т. е. на два-три порядка меньше, чем в обычных диодах. Переход в туннельном диоде очень резкий, напряженность электрического поля в переходе достигает 10е в/см и оказывается очень неравномерной, так как расстояния между положительными и отрицательными ионами доноров и акцепторов в области перехода сравнимы по величине с шириной перехода ( 3.18, а). В промежутках между участками перехода с очень большой напряженностью поля барьера оказываются зачерненные участки (см. 3.18, а), в пределах которых поле барьера практически отсутствует. Эти участки и называют туннелями. Наличие туннелей в электронно-дырочном переходе обусловливает образование падающего участка А В с отрицательным дифференциальным сопротивлением в прямой ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода ( 3.18, б). Падающий участок с отрицательным сопротивлением позволяет использовать туннельные диоды в схемах усилителей, генераторов, преобразователей частоты и переключателей, работающих на очень высоких частотах. Условное обозначение туннельного диода показано на 3.18, в.

При конструировании аппаратуры радиотехнических систем используют также элементы акустоэлектроники. Акустоэлектроника связана с явлениями, происходящими в пьезоэлектрических полупроводниковых кристаллах, при распространении в них звуковой волны высокой частоты. Характерной чертой распространения упругих волн является их малая скорость, что позволяет использовать их для микроминиатюризации СВЧ-устройств (миниатюрных линий задержки, усилителей, генераторов, радиочастотных фильтров). Технология изготовления акустоэлектрических элементов совместима с технологией получения интегральных схем, поэтому имеется возможность-создания гибридных устройств обработки сигнала, состоящих из акустических и электронных микроэлементов.

Излагаются основы теории линейных и нелинейных электрических цепей. Дается представление о принципах работы электронных и полупроводниковых приборов, микросхем и микропроцессорных устройств и о построении на основе законов теории электрических цепей практических схем усилителей, генераторов, электрических филы ров и других аналоговых и цифровых устройств. Уделяется внимание применению БИС и микропроцессорных систем.

Настоящая книга является первым учебником по данному курсу и состоит из двух взаимосвязанных частей: основ теории цепей и электроники. В первой части учебника рассматриваются основы теории линейных и нелинейных электрических цепей. Во второй части книги излагаются принципы работы электронных и полупроводниковых приборов, интегральных схем, приводятся схемы усилителей, генераторов, электрических фильтров и других аналоговых и цифровых устройств, реализуемых на современной базе микроэлектроники.

В гибридных микросхемах совместно используются и полевые, и биполярные транзисторы, что позволяет создавать схемы с улучшенными свойствами. Полевые транзисторы применяют в схемах усилителей, генераторов, переключателей.

Полевые транзисторы могут быть использованы в схемах усилителей, генераторов, переключателей. Особенно широко применяются они в малошумящих усилителях с высоким входным сопротивлением. Весьма перспективным является также использование их (с изолированным затвором) в цифровых и логических схемах (параграф 11.10).

Для изготовления магнитопроводов низкочастотных трансформаторов используют ленту из электротехнической стали шириной 250 мм и толщиной 0,2...0,5 мм. Для переключающих и запоминающих устройств, магнитных усилителей, импульсных трансформаторов, накопительных элементов изготовляют ленточные сердечники из железоникелевых сплавов. Толщина ленты составляет 1,5; 2; 3; 10; 20; 50 и 100 мкм.

В книге рассматриваются процессы, протекающие в типовых узлах импульсных и цифровых устройств, выводятся основные расчетные соотношения; последовательно описываются линейные импульсные цепи, нелинейные устройства, импульсные генераторы, узлы цифровой техники, значительное место отведено разбору принципа работы импульсных и цифровых узлов в интегральном исполнении, импульсных генераторов на основе операционных, усилителей, импульсных устройств на полевых транзисторах и приборах с отрицательным сопротивлением.

При необходимости создания мощных усилителей импульсных сигналов применяют специальные технические решения. Параллельное соединение усилительных приборов не решает задачи, так как несмотря на рост эквивалентной крутизны наблюдается и соответствующее увеличение эквивалентной емкости С0, что заставляет снижать Кэ. Избежать отмеченного недостатка удается в усилителе с распределенным усилением ( 19.2), использующем режим бегущей волны. В таком усилителе общая крутизна используемых транзисторов равна сумме крутизны отдельных транзисторов: S3 = nSnr.

Рассмотрены принцип действия, характеристики и параметры полупроводниковых приборов, транзисторных усилителей, импульсных, логических и цифровых устройств, основанных на применении интегральных микросхем. Рассмотрены принцип действия, расчет, характеристики и параметры зависимых вентильных преобразователей, их влияние на питающую сеть, способы построения систем управления. Дан обзор автономных вентильных преобразователей.

Принципиальные схемы усилителей импульсных сигналов практически не отличаются от схем усилителей гармонического сигнала. Однако УЭ импульсных усилителей приходится выбирать по другим признакам.

В книге рассматриваются процессы, протекающие в типовых узлах импульсных и цифровых устройств, выводятся основные расчетные соотношения, последовательно описываются линейные импульсные цепи, нелинейные устройства, импульсные генераторы, узлы цифровой техники; значительное место отведено рассмотрению принципа работы импульсных и цифровых узлов в интегральном исполнении, импульсных гене-гатсров на основе операционных 'усилителей, импульсных устройств на полевых транзисторах и приборах с отрицательным сопротивлением.

У современных усилителей импульсных сигналов процесс установления переднего фронта импульса происходит за очень короткое время, во много раз меньшее длительности усиливаемых импульсов. Поэтому для оценки искажений фронта и искажений вершины импульса используют переходные характеристики с различными масштабами времени. Для оценки искажений фронта пользуются переходной характеристикой с сильно растянутым масштабом времени, называемой переходной характеристикой в области малых времён; для оценки искажений вершины импульса используют переходную характеристику с сильно

импульсов постоянной амплитуды, нелиней-лость усилителя практически не влияет на форму выходных импульсов, а поэтому обычно и не ограничивается. При усилении а импульсов различной амплитуды нелинейность усилителя изменяет соотношение амплитуд импульсов в выходной цепи, что, например, в телевидении приводит к изменению относительной плотности полутонов (искажению световых градаций) изображения. При усилении пилообразных, треуголь-f ных, трапецеидальных импульсов нелинейность усилителя приводит к искривлению наклонных краёв импульса. 2.11. Определение Нелинейность усилителей импульсных

Частотная характеристика является одним из важнейших показателей усилителей гармонических сигналов, а поэтому, как правило, контролируется. Частотную характеристику иногда снимают и у усилителей импульсных сигналов, например при разработке и испытании таких усилителей с обратной связью. Для обеспече-456

При испытании усилителей импульсных сигналов вместо снятия частотной характеристики измеряют вносимые усилителем переходные искажения — спад плоской вершины Д, время установления ty, выброс фронта импульса 8. Измерения также производят в условиях, возможно более близких к рабочим.

Существуют установки для испытания усилителей импульсных сигналов, содержащие все .необходимые для измерения переходных искажений приборы в одной конструкции (например, измеритель переходных характеристик типа ИПХ-1 и др.).