Назначение, классификация, принцип действия, область применения полупроводниковых усилителей



Наиболее распространенными аналоговыми электронными преобразователями являются усилители электрических сигналов. Они применяются для повышения уровня весьма слабых сигналов непосредственно с датчиков, обеспечения требуемой мощности для работы силовых исполнительных агрегатов и множества других приложений. На основе усилителей строится большинство функциональных аналоговых устройств, выполняющих преобразование сигналов (фильтрацию, изменение спектра, коррекцию формы), а также математические операции (суммирование, интегрирование, дифференцирование, нелинейную обработку).

Усилителем называют устройство, предназначенное для увеличения интенсивности сигнала без изменения его формы. Преобразование сигнала s(t) в идеальном усилителе описывается соотношением sу (t) = K s(t – tз),где K – коэффициент преобразования, tз – интервал времени задержки. Сигнальная модель усилителя представляет собой четырехполюсник с выделенными парами входных и выходных зажимов.

Для обеспечения функции усиления без искажений четырехполюсник должен быть линейным элементов с параметрами, не зависящими от формы сигнала и его уровня при заданных внешних условиях. Реальные полупроводниковые элементы электронных устройств являются нелинейными и обладают инерционными свойствами, что приводит к искажению сигналов при их преобразовании. Для описания изменения формы и спектра сигналов служат характеристики усилителя. Нелинейные искажения можно рассчитать с помощью статических входной Uвх(Iвх), выходной Uвых(Iвых) и проходной Uвых(Uвх) характеристик. Динамические свойства усилителей характеризуют зависимостью комплексного коэффициента передачи от частоты, а также переходной или импульсной функциями во временной области. Наибольшее распространение в усилительной технике получили амплитудно-частотная и переходная характеристики.

Классы электронных усилителей и режимы работы активных усилительных приборов (ламп или транзисторов) традиционно обозначаются буквами латинского алфавита. Буквенные обозначения классов усиления могут дополнительно уточняться суффиксом, указывающим на режим согласования мощного каскада с источником сигнала (AB1, AB2 и т. п.) и с нагрузкой (F1, F2, F3). Устройства, совмещающие свойства двух «однобуквенных» классов, могут выделяться в особые классы, обозначаемые сочетанием двух букв (AB, BD, DE и устаревший BC).

Первая буквенная классификация, действующая по сей день (режимы А, B и С), сформировалась в 1920-е годы и была дополнена режимом, или классом, D в 1955 году. Начавшийся в 1960-е годы выпуск высокочастотных силовых транзисторов сделал возможным построение экономичных транзисторных усилителей радиочастот классов E и F. Последовательное усовершенствование транзисторных усилителей мощности звуковых частот класса B привело к разработке усилителей классов G и H. Единого реестра классов усиления не существует, поэтому в разных областях электроники или на разных рынках одна и та же буква (например, S) может обозначать принципиально разные устройства. Схемы, известные в Европе и Японии как класс G, в США относятся к классу H, и наоборот[1]. Буква, широко используемая в одной области электроники (класс F с его производными F1, F2, F3 и т. д.), в другой области может считаться «свободной»[2]. Кроме того, есть «классы усилителей» — торговые марки компаний-производителей и стоящие за ними частные технические решения. Одни из них, например, конструктивно схожие усилители звуковых частот «класса S» и «класса АА», подробно описаны в литературе, другие известны только по рекламе производителей.

Признаки классификации:

 Характер входного сигнала.

 Назначение.

 Режим работы нелинейного активного элемента.

 Тип активного элемента.

 Полоса усиливаемых частот.

По характеру усиливаемых сигналов различают:

 Усилители непрерывных сигналов. Здесь пренебрегают процессами установления. Основная характеристика – частотная передаточная.

 Усилители импульсных сигналов. Входной сигнал изменяется настолько быстро, что переходные процессы в усилителе являются определяющими при нахождении формы сигнала на выходе. Основной характеристикой является импульсная передаточная характеристика усилителя.

По назначению усилителя делятся на:

 усилители напряжения,

 усилители тока,

 усилители мощности.

 

Все они усиливают мощность входного сигнала. Однако собственно усилители мощности должны и способны отдать в нагрузку заданную мощность при высоком коэффициенте полезного действия.

 С точки зрения выбора режима работы активного элемента различают:

 Режим слабого сигнала. Нелинейный активный элемент работает в квазилинейном режиме. Применяется в усилителях напряжения или тока.

 Режим большого сигнала. Применяется в усилителях мощности.

По типу используемых активных элементов усилители делятся на ламповые; транзисторные; диодные; параметрические; СВЧ-усилители, работающие с помощью специальных СВЧ-приборов и др.

 В зависимости от вида частотной передаточной характеристики усилителя и абсолютным значениям полосы частот различают:

 Усилители постоянного тока (УПТ). Такое название обусловлено тем, что они способны усиливать очень медленные изменения сигналов (в том числе постоянные) , т.е. рабочая полоса частот начинается от нулевой частоты до некоторой верхней граничной частоты. Величина верхней граничной частоты fв зависит от вида усиливаемых сигналов. Так, если УПТ используется в канале изображения телевизионной системы, то fв составляет 6 - 6,5 МГц , т.е. УПТ это, как правило, широкополосный усилитель.

 Усилители низкой частоты (усилители звуковой частоты). Название условное, оно подчеркивает, что нижняя граничная частота лежит в области низких частот, несоизмеримо ниже верхней граничной частоты. Само значение верхней граничной частоты может быть разным: от единиц-десятков КГц до сотен МГц.

Применение полупроводниковых усилителей имеет ряд особенностей, связанных с выбором нагрузки. Полупроводниковые триоды допускают некоторое превышение номинальных значений токов в цепях электродов, но не допускают даже кратковременных превышений напряжений между электродами; это приводит к пробою и выходу их из строя. Поэтому напряжение питания выходных цепей триодов ограничено допустимым напряжением между электродами в цепи нагрузки. Напряжение питания выходной цепи и требуемая величина выходной мощности определяют максимально возможное сопротивление нагрузки, включенной непосредственно в выходную цепь усилителя. Когда нагрузка не отвечает этому требованию, применяют согласующий выходной трансформатор.

 Применение полупроводникового усилителя позволяет уменьшить запаздывание защиты до 50 - 60 мсек.

 Применение полупроводниковых усилителей в САР отопления и вентиляции может быть весьма перспективно, если правильно выявить их преимущества и недостатки. В целом ряде случаев появляется возможность полностью использовать их преимущества и нейтрализовать воздействие присущих им недостатков на работу САР. Для этого необходимо учитывать особенности работы полупроводниковых усилителей.

 Применение электронных, электромагнитных и полупроводниковых усилителей делает возможным создание гибких, разнообразных устройств, формирующих различные законы регулирования.

 Необходимое увеличение жесткости механических характеристик достигается применением промежуточного полупроводникового усилителя в схеме обратной связи.

 В связи с этим определяются и области применения полупроводниковых усилителей, коренным образом отличающихся от электронных усилителей. Так, полупроводниковый усилитель может заменить электромашинный или магнитный усилитель для управления электродвигателем мощностью в несколько сот ватт и даже в несколько киловатт. При этом небольшой по габаритам усилитель отличается высоким быстродействием, так как практически не вносит никакого запаздывания.

 Необходимо указать также и на общее совершенствование аппаратуры, применение полупроводниковых усилителей, осциллографов с непосредственной записью, автоматических анализаторов спектра вибрации, телеметрических устройств ( например, для регистрации на земле вибрации летящей ракеты) и пр.

44. Классификация измерительных приборов и систем, их обозначение.

По техническому назначению:

мера физической величины - cредство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью;

измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне;

измерительный преобразователь - техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи;

измерительная установка (измерительная машина) - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте;

измерительная система - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях;

измерительно-вычислительный комплекс - функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.

По степени автоматизации:

автоматические;

автоматизированные;

ручные.

По стандартизации средств измерений:

стандартизированные;

нестандартизированные.

По положению в поверочной схеме:

эталоны;

рабочие средства измерений.

По значимости измеряемой физической величины:

основные средства измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;

вспомогательные средства измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности.


Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 1260;