Усилитель устройство принцип работы

Сегодня поможем разобраться в теме: "Усилитель устройство принцип работы". Предлагаем полное описание тематики, взятое из источников, заслуживающих доверия, с комментариями специалистов. Если все же остаются вопросы, то их можно задать дежурному консультанту.

Электронные усилители

Термин усилитель весьма многозначен. Это может быть гидроусилитель, хорошо известный автомобилистам, магнитный усилитель, применявшийся когда-то в системах автоматики. Также известны электромеханические и релейные усилители.

Принцип работы всех усилителей одинаков: под воздействием слабого управляющего сигнала на выходе усилителя появляется мощный выходной сигнал. Естественно, что для получения выходного сигнала большой мощности требуется внешний источник энергии.

Например, на управление катушкой реле требуется мощность в доли ватта, в то время, как контакты могут коммутировать нагрузку в несколько киловатт. Что называется, налицо усиление по мощности. Но в этой статье будут вкратце рассмотрены только электронные усилители.

Электронные усилители

Именно они являются наиболее распространенным узлом различных приборов и устройств. В зависимости от выполняемой функции, от природы входного сигнала, усилители разделяются на несколько типов. В одном случае это, например, сигнал термопары, а в другом музыка, речь или сигнал телевизионной антенны, работающей в дециметровом диапазоне волн.

Но все электронные усилители объединяет то, что они используют явление электропроводимости в различных средах. Прежде всего это вакуум (электронные лампы) и полупроводники (транзисторы и микросхемы).

Большая часть электронных усилителей в настоящее время выполнена на полупроводниках, конструкции на лампах используются любителями очень качественного звука, меломанами, и еще там, где без ламп обойтись невозможно.

Усилители конструктивно могут быть как отдельным устройством, так и составной частью какого-либо прибора, например измерительного.

Усилители постоянного тока (УПТ)

Эти усилители работают в диапазоне частот от нуля до некоторой верхней частоты. Другими словами они способны усиливать постоянное напряжение. При этом, конечно же, усиливается и переменная составляющая сигнала. Схема, если не всего, то какой-то части УПТ показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема усилителя постоянного тока

Для того, чтобы иметь возможность усиливать «постоянку», связь между каскадами выполняется с помощью резисторов, диодов, стабилитронов или вовсе непосредственно. Именно этот вариант и показан на рисунке 1. Наиболее широкое применение УПТ находят в системах автоматики, преобразователях неэлектрических величин, в измерительных приборах, в усилителях сигналов разных датчиков.

УПТ являются также основой для создания операционных усилителей (ОУ), которые широко применяются в различных приборах. Собственно, все УПТ в настоящее время строятся на основе ОУ, достоинства которых широко известны и не подлежат никакому сомнению.

На рисунке 2 показана схема УПТ на базе операционного усилителя. Как видно, она намного проще предыдущей, хотя параметры ее намного лучше.

Рисунок 2. УПТ на основе ОУ

Усилители переменного тока

Усилители переменного тока отличаются от УПТ тем, что усиливают лишь переменную составляющую входного сигнала. В качестве примера на рисунке 3 показан микрофонный усилитель для динамического микрофона типа МД-52 или ему подобным, которым комплектовались отечественные магнитофоны.

Рисунок 3. Микрофонный усилитель

На входе и выходе усилителя, выполненного на микросхеме, установлены разделительные конденсаторы, что позволяет пропустить через усилитель только переменную составляющую сигнала.

Такая схема называется также микрофонным усилителем. Будучи подключенной к звуковой карте компьютера упомянутый микрофон позволяет получить прекрасный звук, гораздо лучший, нежели при помощи китайского компьютерного микрофона.

Усилитель прекрасно работает даже от +5В, поэтому запитать его можно от разъема USB, или вывести 12 вольт из компьютера. Налаживания устройство не требует, начинает работать сразу. Малое количество деталей позволяет собрать эту схему навесным монтажом, используя выводы деталей. При этом следует стремиться, чтобы соединения были как можно короче. Это спасет от наводок и помех.

Усилители высокой частоты

Применяются в основном в радиоприемниках и телевизорах. Их назначение несколько усилить входной сигнал, например, от антенны. Далее происходит супергетеродинное преобразование, и дальнейшее основное усиление происходит на промежуточной частоте. Спецификой таких усилителей является применение ВЧ транзисторов, а также особенности монтажа устройства. Подобный монтаж можно увидеть, если открыть радиочастотный блок любого современного телевизора.

Полосовые усилители

Полосовые усилители предназначены для усиления сигналов в узком диапазоне частот. В качестве примера можно привести усилители промежуточной частоты (УПЧ). Полоса частот в таких усилителях обеспечивается за счет колебательных контуров и фильтров сосредоточенной селекции (ФСС) или пьезокерамических фильтров (ПКФ). Ведь усилить сигнал в узкой полосе частот намного проще, чем создавать очень широкополосный усилитель.

Кроме уже упомянутых усилителей существует весьма большое количество из разновидностей, вот еще некоторые из них.

Предварительные усилители

Их назначение усилить сигнал от слабого источника до уровня, приемлемого для дальнейших каскадов. Например, поднять уровень магнитофонной приставки до входного уровня оконечного усилителя звуковой частоты. Предварительный усилитель также может включать в себя регуляторы тембра и громкости.

Для воспроизведения грамзаписи с виниловых дисков применяются специальные предварительные усилители-корректоры, формирующие частотную характеристику для работы с головкой звукоснимателя. Когда музыку записывали и слушали на магнитофонах, в ходу были усилители записи и воспроизведения. Назначение таких усилителей состояло в формировании требуемой частотной характеристики канала запись – воспроизведение.

Измерительные усилители

Чаще всего применяются в измерительных приборах, средствах автоматики, контроллерах управления промышленным оборудованием. Эти усилители также называют инструментальными. Они обладают очень малым собственным шумом, очень большим коэффициентом усиления (при разорванной цепи ОС) и очень большим коэффициентом подавления синфазных помех. Такие очень высокие характеристики достигаются применением определенного соединения нескольких ОУ. Вот, как много всяких «очень» у измерительных усилителей. На рисунке 4 показана классическая схема инструментального усилителя.

Читайте так же:  Работающие пенсионеры после увольнения получают сумму индексации

Рисунок 4. Схема инструментального усилителя

Наряду с этой схемой широкое применения находят также схемы на одном ОУ или двух. Встречаются и более сложные конструкции. В последнее время измерительные усилители выпускаются в интегральном варианте,- все что показано на рисунке 4 умещается в одном корпусе, при этом количество подстроечных элементов минимально, как правило, один внешний резистор. На рисунке 4 это R1, а на рисунке 5 резистор RG (GAIN).

Внутреннее устройство интегрального измерительного усилителя типа AD623, естественно, упрощенная схема показано на рисунке 5 . Отличительная особенность этого усилителя малая цена и способность работать с однополярным питанием.

Рисунок 5. Схема интегрального измерительного усилителя типа AD623

Более подробно про электронные усилители вы можете узнать здесь.

Источник: http://electrik.info/main/praktika/713-elektronnye-usiliteli.html

Первый в России прототип квантового компьютера заработал в НИТУ «МИСиС»

В НИТУ «МИСиС» заработал первый в России прототип квантового компьютера. Устройство на двух кубитах выполнило заданный алгоритм, превысив ранее известный предел точности на 3%. В качестве основы для кубитов были взяты сверхпроводящие материалы.

Работы по созданию квантового компьютера в рамках проекта Фонда перспективных исследований ведутся в НИТУ «МИСиС» с 2016 года под руководством Валерия Рязанова, главного научного сотрудника Лаборатории сверхпроводящих метаматериалов университета. Конструкция предполагает использование в качестве основы для кубитов сверхпроводящих материалов.

Принцип работы усилителя на биполярных транзисторах

Оглавление
Принцип работы усилителя на биполярных транзисторах
Усилители с общей базой и общим коллектором

В этой схеме нагрузкой усилителя является резистор RK, а используя резистор Rб, задают необходимый ток базы транзистора. Если режим работы транзистора задан (при этом часто говорят, что задана рабочая точка на характеристиках транзистора), становятся известными ток базы и напряжение UБЭ, а сопротивление резистора Rб, обеспечивающего этот ток, можно определить по формуле:
Rб =(GK-UБЭ)/IБ.
Так как UБЭ обычно составляет не более 0,2. 0,3В для германиевых транзисторов и 0,6. 0,8 В — для кремниевых, а напряжение GK измеряется единицами или даже десятками вольт, то UБЭ

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи

Источник: http://stoom.ru/content/view/206/1/

Лада 2112 › Бортжурнал › Устройство автомобильных усилителей

Всем Привет, в этой статье хотел немного рассказать об устройстве автомобильного усилителя, может быть для кого-то окажется интересным а может быть даже полезным)) Все автомобильные усилители устроены одинаково, разница лишь в мощности и в качестве компонентов и качестве сборки. Рассмотрим устройство на 3х бюджетных усилителях, их стоимость примерно одинаковая (посмотрим какой же предпочтительней купить).
Усилитель состоит из 2х основных блоков это силовой (блок питания) и аккустический который в свою очередь делится на сам усилитель и кроссовер.

Источник: http://www.drive2.ru/l/5493866/

Усилители постоянного тока — назначение, виды, схемы и принцип действия

Усилители постоянного тока, как может показаться из названия, сами по себе ток не усиливают, то есть они не генерируют никакой дополнительной мощности. Данные электронные устройства служат для управления электрическими колебаниями в определенном диапазоне частот начиная с 0 Гц. Но посмотрев на форму сигналов на входе и выходе усилителя постоянного тока, можно однозначно сказать — на выходе имеется усиленный входной сигнал, однако источники энергии для входного и выходного сигналов — индивидуальные.

По принципу действия усилители постоянного тока подразделяются на усилители прямого усиления и усилители с преобразованием.

Усилители постоянного тока с преобразованием преобразуют ток постоянный — в переменный, затем он усиливается и выпрямляется. Это называется усилением сигнала с модуляцией и демодуляцией — МДМ.

Схемы усилителей прямого усиления не содержат реактивных элементов, таких как катушки индуктивности и конденсаторы, сопротивление которых зависит от частоты. Вместо этого существует непосредственная гальваническая связь выхода (коллектора или анода) усилительного элемента одного каскада с входом (базой или сеткой) очередного каскада. По этой причине усилитель прямого усиления способен пропускать (усиливать) даже постоянный ток. Такие схемы популярны и в акустике.

Однако непосредственная гальваническая связь хотя и передает очень точно между каскадами перепады напряжения и медленные изменения тока, такое решение сопряжено с нестабильностью работы усилителя, с затруднением установления режима работы усилительного элемента.

Когда напряжение источников питания немного изменяется, или изменяется режим работы усилительных элементов, либо немного плывут их параметры, — тут же наблюдаются медленные изменения токов в схеме, которые по гальванически связанным цепям попадают во входной сигнал и соответствующим образом искажают форму сигнала на выходе. Зачастую эти паразитные изменения на выходе схожи по размаху с рабочими изменениями, вызываемыми нормальным входным сигналом.

Искажения выходного напряжения могут быть вызваны различными факторами. Прежде всего — внутренними процессами в элементах схемы. Нестабильное напряжение источников питания, нестабильные параметры пассивных и активных элементов схемы, особенно под действием перепадов температуры и т. д. Они могут быть вовсе не связаны с входным напряжением.

Изменения выходного напряжения вызванные данными факторами именуют дрейфом нуля усилителя. Максимальное изменение выходного напряжения в отсутствие входного сигнала усилителя (когда вход замкнут) за определенный временной промежуток, называется абсолютным дрейфом.

Напряжение дрейфа, приведенное ко входу равно отношению абсолютного дрейфа к коэффициенту усиления данного усилителя. Это напряжение определяет чувствительность усилителя, так как вносит ограничение в минимально различимый входной сигнал.

Чтобы усилитель работал нормально, напряжение дрейфа не должно быть больше заранее определенного минимального напряжения усиливаемого сигнала, который подается на его вход. В случае если дрейф выхода окажется того же порядка или будет превышать входной сигнал, искажения превысят допустимую норму для усилителя, и его рабочая точка окажется смещенной за пределы адекватной рабочей области характеристик усилителя («дрейф нуля»).

Для снижения дрейфа нуля прибегают к следующим приемам. Во-первых, все источники напряжения и тока, питающие каскады усилителя, делают стабилизированными. Во-вторых, используют глубокую отрицательную обратную связь. В-третьих, применяют схемы компенсации температурного дрейфа путем добавления нелинейных элементов, чьи параметры зависят от температуры. В-четвертых, используют балансирующие мостовые схемы. И наконец, постоянный ток преобразуют в переменный и затем усиливают переменный ток и выпрямляют.

При создании схемы усилителя постоянного тока очень важно согласовать потенциалы на входе усилителя, в точках сопряжения его каскадов, а также на нагрузочном выходе. Также необходимо обеспечить стабильность работы каскадов при различных режимах и даже в условиях плавающих параметров схемы.

Усилители постоянного тока бывают однотактными и двухтактными. Однотактные схемы прямого усиления предполагают непосредственную подачу выходного сигнала с одного элемента — на вход следующего. На вход следующего транзистора вместе с выходным сигналом от первого элемента (транзистора) подается коллекторное напряжение первого.

Тут должны быть согласованы потенциалы коллектора первого и базы второго транзистора, для чего коллекторное напряжение первого транзистора компенсируют при помощи резистора. Резистор добавляют также в цепь эмиттера второго транзистора, чтобы сместить его напряжение база-эмиттер. Потенциалы на коллекторах транзисторов следующих каскадов также должны быть высокими, что тоже достигается применением согласующих резисторов.

В двухтактном параллельном балансном каскаде резисторы коллекторных цепей и внутренние сопротивления транзисторов образуют собой четырехплечевой мост, на одну из диагоналей которого (между цепями коллектор-эмиттер) подается напряжение питания, а к другой (между коллекторами) — присоединяется нагрузка. Сигнал который требуется усилить прикладывается к базам двух транзисторов.

При равенстве коллекторных резисторов и полностью одинаковых транзисторах, разность потенциалов между коллекторами, в отсутствие входного сигнала, равна нулю. Если входной сигнал не равен нулю, то на коллекторах будут приращения потенциалов равные по модулю, но противоположные по знаку. На нагрузке между коллекторами появится переменный ток по форме повторяющий входной сигнал, но большей амплитуды.

Такие каскады часто применяются в качестве первичных каскадов многокаскадных усилителей либо в качестве выходных каскадов для получения симметричного напряжения и тока. Достоинство данных решений в том, что влияние температуры на оба плеча одинаково изменяет их характеристики и напряжение на выходе не плывет.

Источник: http://electricalschool.info/electronica/2210-usiliteli-postoyannogo-toka-vidy-shemy.html

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Из чего состоит и как работает усилитель звука?

На усилитель звука цена напрямую зависит от его назначения и устройства. Выбирая подходящую модель, стоит узнать, из чего состоят такие аппараты и как они работают. Зачастую обычного пользователя подобная информация не интересует, так как главным является конечный результат. Однако, зная основные элементы и порядок их взаимодействия, намного проще выбрать подходящий вариант.

Устройство

Устройство усилителя звука может несколько отличаться. Все зависит от производителя и назначения аппарата. В стандартном исполнении он включает:

    Читайте так же:  Какому коллекторскому агентству
  • Входную систему. Она используется для подсоединения акустического источника. У последнего значения выходного напряжения могут несколько отличаться.
  • Блок питания. Предназначен для преобразования параметров входящего тока в величину, имеющею более высокое напряжение. Как правило, в качестве блока питания у усилителя звука выступает трансформатор.
  • Выходной каскад. В качестве главных элементов в данном случае выступают транзисторы. С их помощью удается преобразовать повышенное напряжение трансформатора в сигнал требуемого формата, которые затем и поступает на элемент вывода.
  • Блок регулировки. Позволяет тонко изменить настройки. Предусматривается только у автономного усилителя звука.
  • Принцип работы

    Если конструктивное исполнение оборудования может несколько отличаться, то принцип работы остается неизменным. В его основу положена следующая схема:

    • Переменный электрический ток, подаваемый на блок питания от стандартной электросети либо аккумулятора, трансформируется в постоянный.
    • Усилитель звука через входную систему получает определенный сигнал от подключенной аудиосистемы. После этого он изменяет его амплитуду в нужную сторону при помощи постоянного тока. При этом изменяется только амплитуда звуковой волны. Ее длина остается неизменной.
    • Трансформированный звуковой сигнал поступает на выход усилителя звука и передается на выходное устройство, например, колонки. После этого качество звучания существенно улучшается.
    • Критерии выбора

      При подборе подходящей модели следует ориентироваться на:

      • Подаваемую мощность. Данный показатель тесно связан с объемом, обеспечиваемым колонкой. В среднем для колонок достаточно 25 – 30 Вт.
      • Минимальную допустимую нагрузку. Данный показатель характеризует надежность и безотказность усилителя звука.
      • Сопротивление устройства. Должно соответствовать аналогичному параметру акустической системы.
      • Диапазон частот. Предпочтительны устройства, укомплектованные высокочастотным транзистором и большим количеством микросхем.
      • Коэффициент искажений. У качественного прибора данный показатель должен быть минимальным.
      • Соотношение сигнала/шума. Данный параметр характеризует показатели фонового шума, передаваемого динамиками. Измеряется при максимальной громкости. Предпочтительны устройства со значением минимум 90 – 100 Дб.
      • Источник: http://digitrode.ru/catalog11/2388-iz-chego-sostoit-i-kak-rabotaet-usilitel-zvuka.html

        zaicev0 › Блог › Зачем нужен автомобильный усилитель?

        Зачем нужен автомобильный усилитель?

        Считаете, что мощности вашей магнитолы вполне хватает? Не понимаете, зачем тратиться на дополнительный усилитель мощности, ведь встроенный в головное устройство (ГУ) четырёх-канальный усилитель раскачивает ваши передние компоненты или коаксиалы и задние лопухи так, что аж уши вянут? На первый взгляд так и есть благодаря:

        хорошей чувствительности предлагаемых на рынке бюджетных динамиков;
        системе «квадро», т.е. четыре динамика всегда громче, чем два;
        маленькому салону, в котором многократно отраженная от стёкол и пластиковых обшивок салона звуковая волна усиливается, складываясь в одну фазу на некоторых частотах;
        мостовой схеме усиления;

        Но давайте разберёмся, какая она, эта мощность, от которой уши именно вянут, а не наслаждаются качеством звука.

        Источник: http://www.drive2.ru/b/1237527/

        Электронные усилители в промышленной электронике

        Это устройства, предназначенные для усиления напряжения, тока и мощности электрического сигнала.

        Простейший усилитель представляет собой схему на основе транзистора. Использование усилителей вызвано тем, что обычно электрические сигналы (напряжения и токи), поступающие в электронные устройства малы по амплитуде и возникает необходимость увеличивать их до требуемой величины, достаточной для дальнейшего использования (преобразования, передачи, подачи на нагрузку).

        Читайте так же:  Кредиторская задолженность учитывается на счетах

        На рисунке 1 представлены устройства, необходимые для работы усилителя.

        Рисунок 1 — Окружение усилителя

        Мощность, выделяющаяся на нагрузке усилителя, является преобразованной мощностью его источника питания, а входной сигнал только управляет ею. Усилители питаются от источников постоянного тока.

        Обычно усилитель состоит из нескольких каскадов усиления (рис. 2). Первые каскады усиления, предназначенные, главным образом для усиления напряжения сигнала, называют предварительными. Их схемное построение определяется типом источника входного сигнала.

        Каскад, служащий для усиления мощности сигнала, называют оконечным или выходным. Их схемотехника определяется видом нагрузки. Так же, в состав усилителя могут входить промежуточные каскады, предназначенные для получения необходимого коэффициента усиления и (или) формирования необходимых характеристик усиливаемого сигнала.

        Рисунок 2 — Структура усилителя

        1) в зависимости от усиливаемого параметра усилители напряжения, тока, мощности

        2) по роду усиливаемых сигналов:

        усилители гармонических (непрерывных) сигналов;

        усилители импульсных сигналов (цифровые усилители).

        3) по полосе усиливаемых частот:

        усилители постоянного тока;

        усилители переменного тока

        низкой частоты, высокой, сверхвысокой и т.д.

        4) по характеру частотной характеристики:

        резонансные (усиливают сигналы в узкой полосе частот);

        полосовые (усиливают определенную полосу частот);

        широкополосные (усиливают весь диапазон частот).

        5) по типу усилительных элементов:

        на электровакуумных лампах;

        на полупроводниковых приборах;

        на интегральных микросхемах.

        Видео (кликните для воспроизведения).

        При выборе усилителя исходят из параметров усилителя:

        Выходная мощность , измеряется в Ватах. Выходная мощность варьируется в широких пределах в зависимости от назначения усилителя, например в усилителях звука — от милливатт в наушниках до десятков и сотен ватт в аудиосистемах.

        Диапазон частот , измеряется в Герцах. Например, тот же усилитель звука обычно должен обеспечивать усиление в диапазоне частот 20–20 000 Гц, усилитель телевизионного сигнала (изображение + звук) – 20 Гц – 10 МГц и выше.

        Нелинейные искажения , измеряются в процентах %. Характеризуют искажение формы усиливаемого сигнала. Обычно тем меньше данный параметр, тем лучше.

        КПД (коэффициент полезного действия) , измеряются в процентах %. Показывает, какая часть энергии источника питания расходуется на выделение мощности в нагрузке. Дело в том, что часть мощности источника тратится бесполезно, в большей степени это тепловые потери – протекание тока всегда вызывает нагрев материала. Особенно критичен данный параметр для устройств с автономным питанием (от аккумуляторов и батарей).

        На рисунке 3 представлена типовая схема предварительного каскада усиления на биполярном транзисторе. Входной сигнал поступает от источника напряжения Uвх. Разделительные конденсаторы Ср1 и Ср2 пропускают переменный, т.е. усиливаемый сигнал и не пропускают постоянный ток, что позволяет создавать независимые режимы работы по постоянному току в последовательно включенных каскадах усилителя.

        Рисунок 3 — Схема каскада усиления на биполярном транзисторе

        Резисторы Rб1 и Rб2 являются базовым делителем, обеспечивая начальный ток базы транзистора Iб0, резистор Rк обеспечивает начальный ток коллектора Iк0. Эти токи называют токами покоя. При отсутствии входного сигнала они постоянные. На рисунке 4 изображены временные диаграммы работы усилителя. Временная диаграмма – это изменение какого-либо параметра во времени.

        Резистор Rэ обеспечивает отрицательную обратную связь (ООС) по току. Обратная связь (ОС) — это передача части выходного сигнала во входную цепь усилителя. Если входной сигнал и сигнал обратной связи противоположны по фазе, обратная связь называется отрицательной. ООС уменьшает коэффициент усиления, но при этом уменьшает нелинейные искажения и увеличивает стабильность усилителя. Применяется практически во всех усилителя.

        Резистор Rф и конденсатор Сф являются элементами фильтра. Конденсатор Сф образует цепь низкого сопротивления для переменной составляющей тока, потребляемого усилителем от источника Uп. Элементы фильтра необходимы если от источника запитываются несколько усилительных каскадов.

        При подаче входного сигнала Uвх во входной цепи появляется ток Iб

        , а в выходной Iк

        . Падение напряжения, создаваемое током Iк

        на нагрузке Rн, и будет усиленным выходным сигналом.

        Из временных диаграмм напряжений и токов (рис. 3) видно, что переменные составляющие напряжений на входе Uб

        = Uвых каскада противофазны, т.е. каскад усиления на транзисторе с ОЭ изменяет (инвертирует) фазу входного сигнала на противоположную.

        Рисунок 4 — Временные диаграммы токов и напряжений в усилительном каскаде на биполярном транзисторе

        Операционный усилитель (ОУ) представляет собой усилитель постоянного и переменного тока с большим коэффициентом усиления и глубокой отрицательной обратной связью.

        Позволяет реализовывать большое количество электронных устройств, но традиционно называется усилителем.

        Можно сказать, что операционные усилитель являются основой всей аналоговой электроники. Широкое распространение ОУ связано с их универсальностью (возможность построения на их основе различных электронных устройств, причём, как аналоговых, так и импульсных), широким диапазоном частот (усиление сигналов постоянного и переменного токов), независимость основных параметров от внешних дестабилизирующих факторов (изменение температуры, напряжения питания и др.). В основном используются интегральные усилители (ИОУ).

        Присутствие в названии слова «операционные» объясняется возможностью выполнения данными усилителями ряда математических операций — суммирования, вычитания, дифференцирования, интегрирования и др.

        На рисунке 5 изображены УГО ИОУ. Усилитель имеет два входа – прямой и инверсный, и один выход. При подаче входного сигнала на неинвертирующий (прямой) вход, выход-ной сигнал имеет ту же полярность (фазу) – рисунок 5, а.

        Рисунок 5 – Условно-графические обозначения операционных усилителей

        При использовании инвертирующего входа фаза выходного сигнала будет сдвинута на 180˚ по отношению к фазе входного сигнала (полярность изменяется на противоположную)- рисунок 6, б. Инверсные входы и выходы обозначают кружком.

        Рисунок 6 — Временные диаграммы ОУ: а) – неинвертирующего, б) — инвертирующего

        При подаче напряжения на обои входы выходное напряжение пропорционально разности входных напряжений. Т.е. сигнал на инвертирующем входе берётся со знаком «-». Uвых=К(Uнеинв – Uинв), где К – коэффициент усиления.

        Читайте так же:  Алименты и содержание в браке

        Рисунок 7 – Амплитудная характеристика ОУ

        Питание ОУ осуществляется от двухполярного источника, обычно +15В и -15В. Также допускается однополярное питание. Остальные выводы ИОУ указывают по мере их использования.

        Работу ОУ поясняет амплитудная характеристика – рисунок 8. На характеристике можно выделить линейный участок, на котором с увеличением входного напряжения пропорционально увеличивается выходное, и два участка насыщения U+нас и U-нас. При определённом значении входного напряжения Uвх.max усилитель переходит в режим насыщения, при котором выходное напряжение принимает максимальное значение (при значении Uп=15 В примерно Uнас=13 В) и остаётся неизменным при дальнейшем увеличении входного сигнала. Режим насыщения используется в импульсных устройствах на ОУ.

        Усилители мощности применяются в оконечных каскадах усиления и предназначены для создания необходимой мощности в нагрузке.

        Их основная особенность — работа при больших уровнях входного сигнала и больших выходных токах, что вызывает необходимость использовать мощные усилительные приборы.

        Усилители могут работать в режимах А, АВ, В, С и D.

        В режиме А выходной ток усилительный прибор (транзистора или радиоэлектронная лампа) открыт в течении всего периода усиливаемого сигнала (т.е. постоянно) и через него протекает выходной ток. Усилители мощности класса А вносят минимальные искажения в усиливаемый сигнал, но имеют очень низкий КПД.

        В режиме В выходной ток делится на две части, один усилительный прибор усиливает положительную полуволну сигнала, второй отрицательную. Как следствие более высокий КПД, чем в режиме А, но и большие нелинейные искажения, возникающие в момент переключения транзисторов.

        Режим АВ повторяет режим В, но в момент перехода с одной полуволны на другую открыты оба транзистора, что позволяет снизить искажения при сохрани высокого КПД. Режим АВ является наиболее распространенным для аналоговых усилителей.

        Режим С применяют в тех случаях, когда искажение формы сигнала при усилении не имеет, т.к. выходной ток усилительного прибора протекает меньше чем половина периода, что конечно же ведет к большим искажениям.

        В режиме D используется преобразование входных сигналов в импульсы, усиление этих импульсов, а затем обратное преобразование. При этом выходные транзисторы работают в ключевом режиме (транзистор полностью закрыт или полностью открыт), что приближает КПД усилителя к 100% (в режиме АВ КПД не превышает 50%). Усилители, работающие в режиме D, называют цифровыми усилителями.

        В двухтактной схеме усиление (режим В и АВ) происходит за два такта. В течение первого полупериода входной сигнал усиливается одним транзистором, а другой в течение этого полупериода или его части закрыт. При втором полупериоде сигнал усиливается вторым транзистором, а первый при этом закрыт.

        Двухтактная схема усилителя на транзисторах показана на рисунке 8. Каскад на транзисторе VT3 обеспечивает двухтактный режим работы выходных транзисторов VT1 и VT2. Резисторы R1 и R2 задают режим работы транзисторов по постоянному току.

        При приходе отрицательной полуволны Uвх ток коллектора VT3 увеличивается, что приводит к увеличению напряжения на базах транзисторов VT1 и VT2. При этом VT2 закрывается, а через VT1 протекает ток коллектора по цепи: +Uп, переход К-Э VT1, С2 (при этом заряжается), Rн, корпус.

        При приходе положительной полуволны Uвх VT3 подзакрывается, что приводит к уменьшению напряжения на базах транзисторов VT1 и VT2 – VT1 закрывается, а через VT2 протекает ток коллектора по цепи: +С2, переход Э-К VT2, корпус, Rн, -С2. Т

        аким образом, обеспечивается протекание тока обоих полуволн входного напряжения через нагрузку.

        Рисунок 8 – Схема двухтактного усилителя мощности

        В режиме D работают усилители с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Входной сигнал модулирует прямоугольные импульсы, изменяя их длительность. При этом сигнал преобразуется в импульсы прямоугольной формы одинаковой амплитуды, длительность которых пропорциональна значению сигнала в каждый момент времени.

        Последовательность импульсов поступает на транзистор (транзисторы) для усиления. Т.к. усиливаемый сигнал импульсный, транзистор работает в ключевом режиме. Работа в ключевом режиме связана с минимальными потерями, т.к. транзистор либо закрыт, либо полностью открыт (обладает минимальным сопротивлением). После усиления из сигнала извлекается низкочастотная составляющая (усиленный исходный сигнал) с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ) и подается на нагрузку.

        Рисунок 9 – Структурная схема усилителя класса D

        Усилители класса D применяются в аудиосистемах портативных компьютеров, мобильные средства связи, устройствах управления двигателями и д.р.

        Для современных усилителей характерно широкое использование интегральных схем.

        Источник: http://electricalschool.info/electronica/1517-jelektronnye-usiliteli-v-promyshlennojj.html

        Электромашинные усилители

        Усилителем называют такое устройство, в котором посредством сигнала малой мощности (входная величина) управляют сравнительно большой мощностью (выходная величина). При этом выходная величина является функцией входного сигнала и усиление происходит за счет энергии внешнего источника.

        В электромашинных усилителях выходная (управляемая) электрическая мощность создается за счет механической мощности приводного двигателя.

        Электромашинные усилители (ЭМУ) представляют собой коллекторную машину постоянного тока.

        В зависимости от способа возбуждения электромашинные усилители подразделяются на усилители продольного поля и усилители поперечного поля.

        К усилителям продольного поля, в которых основной поток возбуждения направлен по продольной оси машины, относятся:

        1) независимый электромашинный усилитель,

        2) Электромашинный усилитель с самовозбуждением,

        3) двухмашинные усилители,

        4) двухколлекторный электромашинный усилитель,

        5)двух- и трехступенчатые электромашинные усилители продольного поля

        К усилителям поперечного поля, в которых основной поток возбуждения направлен по поперечной оси машины, относятся:

        1 ) Электромашинные усилители с диаметральным шагом обмотки якоря,

        2) Электромашинные усилители с полудиаметральным шагом обмотки якоря,

        3) Электромашинные усилители с разделенной магнитной системой.

        Чем меньше мощность управления электромашинного усилителя, тем меньше вес и габариты аппаратуры управления. Поэтому основной характеристикой является коэффициент усиления. Различают коэффициенты усиления по мощности, току и напряжению.

        Коэффициент усиления электромашинного усилителя по мощности kp есть отношение мощности на выходе Рвых к мощности на входе Рвх при установившемся режиме работы:

        Читайте так же:  Дам частный займ без предоплат

        Коэффициент усиления по напряжению:

        где Uвых — напряжение выходной цепи; — напряжение входной цепи.

        Коэффициент усиления по току k i — это отношение тока выходной цепи I вых усилителя к току входной цепи I вх:

        k i = I вых / I вх

        Из сказанного следует, что электромашинные усилители могут иметь достаточно высокий коэффициент усиления по мощности (10 3 — 10 5 ). Не менее важным для усилителя является его быстродействие, характеризуемое постоянными времени его цепей.

        От электромашинного усилителя стремятся получить большой коэффициент усиления по мощности и большое быстродействие, т. е. по возможности меньшие постоянные времени.

        В системах автоматического регулирования электромашинные усилители применяются в качестве усилителей мощности и работают в основном при переходных режимах, в процессе которых возникают значительные перегрузки по току. Поэтому одним из требований к электромашинному усилителю является хорошая перегрузочная способность .

        К числу важнейших требований, предъявляемых к электромашинному усилителю, относятся надежность в работе и стабильность характеристик.

        Электромашинные усилители, используемые на самолетах и транспортных установках, должны обладать минимальными габаритами и весом.

        В промышленности наибольшее распространение получили независимый электромашинный усилитель, электромашинный усилитель с самовозбуждением и электромашинный усилитель поперечного поля с диаметральным шагом.

        Коэффициент усиления по мощности независимого ЭМУ не превышает 100. С целью повышения коэффициента усиления по мощности ЭМУ были созданы электромашинные усилители с самовозбуждением.

        Конструктивно ЭМУ с самовозбуждением (ЭМУС) отличается от независимого ЭМУ только тем, что на его полюсах возбуждения соосно с обмотками управления размещается обмотка самовозбуждения, включаемая параллельно обмотке якоря или последовательно с ней.

        Τаκие усилители применяются главным образом для питания обмотки возбуждения генератора в системе генератор—двигатель и в этом случае длительность переходного процесса определяется постоянной времени генератора.

        В отличие от независимого ЭМУ и ЭМУ с самовозбуждением (ЭМУС), в которых основным потоком возбуждения является продольный магнитный поток, направленный вдоль полюсов возбуждения, в ЭМУ поперечного поля основным потоком возбуждения является поперечный поток реакции якоря.

        Важнейшей статической характеристикой ЭМУ поперечного поля является коэффициент усиления по мощности. Высокий коэффициент усиления по мощности получается за счет того, что ЭМУ поперечного поля является двухступенчатым усилителем. Первая ступень усиления: обмотка управления — короткозамкнутая цепь поперечных щеток. Вторая ступень: короткозамкнутая цепь поперечных щеток — выходная цепь продольных щеток. Поэтому общий коэффициент усиления по мощности kp = kp1kp2, где kp1—коэффициент усиления 1-й ступени; kp2— коэффициент усиления 2-й ступени.

        При использовании электромашинных усилителей в замкнутых системах автоматического регулирования (стабилизаторы, регуляторы, следящие системы) машина должна быть несколько недокомпенсирована (к=0,97÷0,99), так как в случае перекомпенсации в системе во время работы возникнет ложное возмущение за счет остатка м. д. с. компенсационной обмотки, которое приведет к возникновению автоколебаний системы.

        Общий коэффициент усиления по мощности ЭМУ поперечного поля пропорционален четвертой степени скорости вращения якоря, магнитным проводимостям по поперечной и продольной осям и зависит от соотношения сопротивлений обмоток машины и нагрузки.

        Отсюда следует, что усилитель будет иметь тем больший коэффициент усиления по мощности, чем меньше будет насыщена его магнитная цепь и чем выше будет скорость его вращения. Чрезмерно увеличивать скорость вращения нельзя, так как начинает сильно возрастать действие коммутационных токов. Поэтому при чрезмерном увеличении скорости за счет повышения коммутационных токов коэффициент усиления по мощности расти не будет, а может даже снижаться.

        Применение электромашинных усилителей

        Электромашинные усилители выпускаются серийно и нашли широкое применение в системах автоматического регулирования и автоматизированного электропривода. В системах генератор — двигатель генератор, а часто еще и возбудитель, по существу представяют собой независимые электромашинные усилители, соединенные и каскад. Наибольшее распространение получили электромашинные усилители поперечного поля. Эти усилители обладают рядом достоинств, главными из которых являются:

        1) большой коэффициент усиления по мощности,.

        2) малая входная мощность,

        3) достаточное быстродействие, т. е. малые постоянные времени цепей усилителя. Время нарастания напряжения от нуля до номинального значения для промышленных усилителей мощностью 1-5 кВт составляет 0,05—0,1 сек,

        4) достаточные надежность, долговечность и широкие пределы изменения мощности,

        5) возможность изменения характеристик за счет изменения степени компенсации, позволяющая получать необходимые внешние характеристики.

        К числу недостатков электромашинных усилителей следует отнести:

        1) относительно большие габариты и вес по сравнению с генераторами постоянного тока той же мощности, так как для получения больших коэффициентов усиления применяется ненасыщенная магнитная цепь,

        2) наличие остаточного напряжения за счет гистерезиса. ЭДС, наводимая в якоре потоком остаточного магнетизма, искажает линейную зависимость выходного напряжения от входного сигнала в зоне малых сигналов и нарушает однозначность зависимости выходных параметров электромашинных усилителей от входных при изменении полярности входного сигнала, ибо поток остаточного магнетизма при постоянной полярности сигнала будет увеличивать поток управления, а при изменении полярности сигнала — уменьшать поток управления.

        Кроме того, под действием остаточной ЭДС электромашинного усилителя, работающего в режиме перекомпенсации, при малом сопротивлении нагрузки и нулевом входном сигнале может самовозбуждаться и терять управляемость. Это явление объясняется неуправляемым увеличением продольного магнитного потока машины, первоначально равного потоку остаточного магнетизма, за счет подмагничивающего действия компенсационной обмотки.

        Для нейтрализации вредного действия потока остаточного магнетизма в электромашинном усилителе осуществляют размагничивание переменным током, а сами электромашинные усилители ставят в автоматические системы несколько недокомпенсированными.

        Следует отметить, что с внедрением полупроводниковых преобразователей применение электромашинных усилителей в системе электропривода электромашинный усилитель (генератор) — двигатель значительно сокращается.

        Видео (кликните для воспроизведения).

        Источник: http://electricalschool.info/spravochnik/maschiny/467-jelektromashinnye-usiliteli.html

        Усилитель устройство принцип работы
        Оценка 5 проголосовавших: 1

        ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

        Please enter your comment!
        Please enter your name here