 |
Классификация аналоговых электронных устройств.
|
|
|
|
АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Аналоговые электронные устройства (АЭУ) – это устройства усиления и обработки аналоговых электрических сигналов, выполненные на основе электронных приборов. К аналоговым относятся сигналы, которые изменяются по тому же закону, что и характеризуемые (описываемые) ими физические процессы. Аналоговые сигналы заданы (известны, могут быть измерены) во все моменты времени. Аналоговый сигнал как функция времени может быть наглядно представлен графиком или осциллограммой.
В отличие от аналогового у дискретного сигнала значения известны не во все моменты времени, а только в некоторые, например один раз каждую миллисекунду. Но по форме (а не по содержанию) любой дискретный сигнал является аналоговым. Частным видом дискретного сигнала является цифровой. Он получается, если числовые значения дискретного сигнала выразить группами импульсов, обозначающими соответствующие числа (обычно в двоичной системе счисления, как самой простой для отражения импульсами).
Соответственно все электронные устройства можно разделить на две группы: аналоговые и цифровые. Преимущество аналоговых устройств – сравнительная простота, надежность и быстродействие – обеспечили им самое широкое применение, несмотря на менее высокую точность обработки сигналов.
Построение аналоговых устройств на основе активных электронных приборов позволяет усиливать сигналы. Усилителем электрических колебаний называется такое устройство, которое за счет энергии источника питания формирует новое колебание, являющееся по форме более или менее точной копией заданного усиливаемого колебания, но превосходит его по напряжению, току или мощности. Усиление колебания создается за счет энергии источника питания. Напряжение последнего в усилителе преобразуется в напряжение заданной формы. Поэтому можно считать, что усилитель является преобразователем формы напряжения.
|
|
|
Совокупность усилителя и источника питания составляет усилительное устройство (рис. 1.1, а). Главной его частью является усилитель, вследствие чего эти два понятия обычно отождествляют.
Ко входным зажимам усилителя 1- 1' подключают источник усиливаемого колебания (сигнала), который можно представить в виде эквивалентного активного двухполюсника с генератором ЭДС Еr (рис. 1.1, а) или с генератором тока Ir (рис. 1.1, б), имеющим внутреннее сопротивление Zr. Оба эти представления равноценны и могут быть преобразованы одно в другое. Однако высокоомный источник сигнала (имеющий Zr большее по сравнению с входным сопротивлением усилителя) целесообразно представлять схемой с генератором тока, а низкоомный – схемой с генератором ЕДС. Тогда в первом приближении сопротивление Zr можно не учитывать и эквивалентный активный двухполюсник упрощается до идеальных генераторов тока и ЕДС. Источниками входных сигналов могут быть микрофон, детектор, датчик, диодный фотоприемник, выход предыдущего усилителя и т. п.
К выходным зажимам 2- 2' подключается нагрузка усилителя, имеющая сопротивление Zн. В качестве нагрузок могут быть громкоговоритель, электронно-лучевая трубка, вход последующего усилителя и т. п.
В усилители энергия источника питания преобразуется в энергию усиленного колебания с помощью усилительных активных элементов. Если в качестве их применяют электронные приборы, то усилители называются электронными. Для усиления электрических сигналов они имеют почти исключительное применение.
Электронные усилители в современной технике находят самое широкое применение и как самостоятельные устройства, и как составные части более сложных устройств. Их используют в бытовой электронике, звуковом кино, радиолокации, медицине, технике измерений, автоматике и т. д. На их основе строятся почти все другие аналоговые электронные устройства обычно посредством добавления тех или иных цепей обратной связи (ОС).
|
|
|
КЛАССИФИКАЦИЯ АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ.
Аналоговые электронные устройства можно условно разделить на две большие группы: усилители и устройства, выполненные на их основе.
Усилители являются самыми распространенными электронными устройствами. Их принято квалифицировать по нескольким признакам.
1. По форме усиливаемых сигналов – усилители непрерывных и усилители импульсных сигналов. К первым относятся усилители квазигармонических сигналов, например речевых, музыкальных, которые изменяются во времени сравнительно медленно, так что переходные процессы в усилителе почти не проявляются. Свойства таких усилителей оценивают по качеству передачи гармонического колебанию. Усилители импульсных сигналов предназначены для усиления импульсов, например радиолокационных, телевизионных, телеграфных и т. д. Здесь проявляются переходные процессы. Поэтому свойства таких усилителей оценивают по форме переходной характеристики.
2. По диапазону частот – усилители постоянного тока (УПТ) и усилители переменного тока. Первыми называются такие, которые усиливают колебания с частотами, начиная с нуля герц, т. е. способны усиливать как переменную, так и постоянную составляющую входного сигнала. Усилители, способные усиливать только переменную составляющую, называются усилителями переменного тока. Они усиливают колебания с частотами от нижней граничной частоты f Н до верхней граничной частоты f В. За пределами этого диапазона частот, ширина которого называется полосой пропускания, усиление падает ниже допустимого уровня.
Среди усилителей переменного тока выделяют:
усилители звуковой частоты, рабочий диапазон которых находится в пределах 20 Гц … 20 кГц, причем f В>> f Н;
усилители радиочастоты, у которых отношение f Н/ f В близко к единице, а диапазон частот намного выше звуковых. Эти усилители широко применяются в радиоприемных устройствах (их изучают в соответствующем курсе). В выходные цепи каскадов здесь включаются колебательные контуры, резонансная частота которых f р ≈ (f н + f в )/2. Поэтому они называются также резонансными усилителями. Их полоса пропускания Δ f << f Р. Остальные усилители в отличии от резонансных иногда называют апериодическими;
|
|
|
широкополосные усилители (ШУ), у которых f В>100 кГц, а f Н – десятки герц. Сюда относятся усилители видеотракта в телевизионной технике, видеоусилители радиолокационных приёмников и т. д.
3. По типу усилительных элементов – транзисторные, ламповые, диэлектрические, магнитные и на интегральных микросхемах.
4. По области применения – микрофонные, трансляционные, измерительные, телевизионные, магнитофонные, радиолокационные и т. д. Делят усилители и по функциональному назначению. Так, если главным назначением усилителя является усиление напряжения, то он называется усилителем напряжения. Аналогично определяются усилители тока и усилители мощности,
Кроме рассмотренных основных признаков классификации могут использоваться и другие, например: по типу питания (батарейное, сетевое и т. д.), число каскадов, конструктивного или технологического исполнения и др.
Устройства на основе усилителей – это в основном преобразователи электрических сигналов и сопротивлений. Первые из них называются также активными устройствами аналоговой обработки сигналов. Их выполняют на базе усилителей либо путем непосредственного применения последних со специальными цепями ОС, либо путем некоторого видоизменения.
Сюда относятся устройства суммирования, вычитания, дифференцирования, интегрирования, логарифмирования, анатилогарифмирования, фильтрации, детектирования, перемножения, деления, сравнения и др. Преобразователи сопротивлений также выполняются на основе применения принципа ОС в усилителях. Они могут преобразовывать величину, знак и характер сопротивления. Используют их в некоторых устройствах обработки сигналов. Особый класс составляют всевозможные генераторы и связанные с ними устройства (их изучают в соответствующем курсе).
|
|
|
