Аналоговые электронные устройства

Современная схемотехника построена на двух типах устройств: аналоговых и цифровых. В аналоговых устройствах величины изменяются непрерывно как по уровню, так и по времени. В цифровых устройствах существует только два уровня, условно называемые 1 и 0, по времени величины изменяются дискретно.
Ещё 30—40 лет назад практически вся схемотехника была аналоговой. В настоящее время 80—90 % разрабатываемых устройств — цифровые. Внедрение цифровых устройств стало огромным достижением учёных и инженеров конца ХХ века. Их преимущества над аналоговыми:
— цифровые устройства допускают большую степень интеграции в составе микросхем;
— в отличие от аналоговых данные в цифровых устройствах не зависят от температуры окружающей среды, влажности, давления, напряжения питания;
— точность цифро ...

Введение 2
1. Усилители на биполярных транзисторах. Обратная связь в усилите-лях.. 3
2. Линейные схемы на основе операционных усилителей 5
3. Усилители постоянного тока 6
4. Усилители мощности 8
5. Активные фильтры 9
6. Вторичные источники питания. 10
7. Выпрямители. 10
8. Стабилизаторы 11
Список литературы 12

Электроника — область науки, техники и производства, охва¬тывающая исследование и разработку электронных средств (ЭС) и принципов их использования.
Электронное средство — изделие и его составные части, в основу функцио-нирования которых положены принципы электроники.
Электронное устройство — электронное средство, представляющее собой функционально законченную сборочную единицу, выполненную на несущей кон¬струкции, реализующее функции (ю) передачи, приема и преобразования инфор¬мации или техническую задачу на их основе.
Аналоговые электронные устройства (АЭУ) - это устройства усиления и обработки аналоговых электрических сигналов, выполненные на основе электронных приборов. Аналоговые электронные устройства предназначены для прие¬ма, преобразования и передачи электрического сигнала, измен яю¬щегося по закону непрерывной (аналоговой) функции. В аналого¬вом электронном устройстве каждому конкретному значе¬нию реальной физической величины на входе датчика соответ¬ствует однозначное, вполне определенное значение выбранного электрического параметра постоянного или переменного тока. Это может быть напряжение или ток на участке электрической цепи, его частота, фаза и т. п.
Существует две большие группы, по которым можно классифицировать аналоговые электронные устройства:
- усилители - это устройства, которые за счёт энергии источника питания формируют новый сигнал, являющийся по форме более или менее точной копией заданного, но превосходит его по току, напряжению или по мощности.
- устройства на основе усилителей - в основном преобразователи электрических сигналов и сопротивлений.
Достоинствами АЭУ являются: теоретически максимально до¬стижимые точность и быстродействие; простота устройства.
Недостатками АЭУ являются: низкая помехоустойчивость и нестабильность параметров, обусловленные сильной зависимостью свойств устройства от внешних дестабилизирующих воздействий, например температуры, времени (старение элементов), действия внешних полей и т. п.; большие искажения при передаче на значи¬тельные расстояния; трудность долговременного хранения резуль¬тата; низкая энергетическая эффективность.
Основной целью контрольной работы является рассмотрение принципов построения и функционирования соответствующих электронных устройств аналого¬вой электроники.

3. Вычитающий (дифференциальный) усилитель

Сигналы подаются на оба входа ОУ. Делитель напряжения RВХ2, RЭКВ служит для выравнивания коэффициентов усиления по инвертирующему и неинвертирующему входам.
3. Усилители постоянного тока
Усилитель постоянного тока (УПТ) — электронный усилитель, рабочий диапазон частот которого включает нулевую частоту (постоянный ток).
На верхнюю границу частотного диапазона усилителя никаких ограничений не накладывается, то есть она может находиться в области очень высоких частот. Таким образом, термин УПТ можно применять к любому усилителю, способному работать на постоянном токе.
В подавляющем большинстве случаев УПТ является усилителем не тока, как следует из названия, а напряжения. Путаница обусловлена тем, что термин ток употребляется для описания электрических процессов вообще.
Усилители постоянного тока имеют много разновидностей (дифференциальные, операционные, усилители с преобразованием входного сигнала и др.).
Основную проблему усилителей постоянного тока представляет дрейф нуля – отклонение напряжения на выходе усилителя от начального (нулевого) значения при отсутствии входного сигнала. Основной причиной этого явления являются температурная и временная нестабильность параметров активных элементов схемы усилителя, резисторов, а также источников питания.
Одним из возможных путей уменьшения дрейфа нуля является использование дифференциальных усилителей. Усилитель постоянного тока, выходное напряжение которого пропорционально разности напряжений входных сигналов, называют дифференциальным усилителем (ДУ). Выходной сигнал дифференциального усилителя может быть как однофазным, так и дифференциальным. Это определяется схемотехникой выходного каскада. Транзисторы дифференциального усилителя могут быть биполярными, полевыми или баллистическими.
Рис. 11 Классический транзисторный дифференциальный усилитель.
4. Усилители мощности
Назначение оконечных каскадов (ОК) - обеспечить заданную мощность в нагрузке. ОК работают на внешнюю нагрузку. Каскады работают с большим уровнем выходного сигнала, поэтому в ОК применяются мощные транзисторы.
Нагрузкой ОК в зависимости от его назначения может быть динамик, громкоговоритель, проводная линия и т.д. Нагрузка может быть активной и комплексной. Если ОК работает на активную нагрузку, его основным показателем является выходная мощность. Поэтому такие каскады называются каскадами мощного усиления (КМУ). Передача сигнала с выхода усилителя в нагрузку без потерь (или с наименьшими потерями) возможна при согласовании выходного сопротивления усилителя с нагрузкой. Для этих целей в качестве выходного устройства КМУ используют трансформатор. Применение трансформатора позволяет также перейти с несимметричного выхода усилителя на симметричную нагрузку (например, проводная линия), получить увеличение мощности в нагрузке.
Рис. 12 Принципиальная схема однотактного трансформаторного каскада на БТ n-p-п с ОЭ
Достоинствами такого каскада являются: большая выходная мощность, возможность работы на любую нагрузку. Но этот каскад обладает очень большими недостатками: большие габариты, вес, стоимость; большие частотные и нелинейные искажения; низкий КПД (каскад работает в режиме А).
Эти недостатки не позволяют широко использовать каскад.
5. Активные фильтры
Активным называют фильтр, который помимо фильтрации сигнала осуществляет и его усиление. В качестве активного элемента в таком фильтре используют один или несколько ОУ. Активные фильтры могут быть: нижних частот (ФНЧ), высоких частот (ФВЧ), полосовые (ПФ), режекторные (РФ) с заданными характеристиками, аппроксимируемыми полиномами Баттерворта, Чебышева, Бесселя высоких порядков.
Достоинства активных фильтров:
1) обеспечивает усиление сигнала;
2) АЧХ фильтра не зависит ни от сопротивления источника сигнала, ни от сопротивления нагрузки;
3) не требуется индуктивности;
4) легко настраиваются;
5) легко реализовать в виде ИС.
Недостатки активных фильтров:
1) ДРЧ фильтра ограничен fmax ОУ;
2) необходимость источников питания.
Рис. 14 Фильтр нижних частот Рис. 15 Фильтр верхних частот
Рис. 16 Полосовой фильтр
6. Вторичные источники питания.
Вторичный источник электропитания — это устройство, предназначенное для обеспечения питания электроприбора электрической энергией, при соответствии требованиям её параметров: напряжения, тока, и т. д. путём преобразования энергии других источников питания. Согласно ГОСТ Р 52907-2008 слово «вторичный» опускается..
Типовая блок-схема вторичного источника питания содержит следующие функциональные узлы:
Рис.17 Блок-схема вторичного источника питания
1 - преобразователь уровней напряжения и тока;
2 - выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянный или пульсирующий ток одного направления;
3 - сглаживающий фильтр, уменьшающий пульсации выпрямленного напряжения;
4 - стабилизатор, компенсирующий колебания выходного напряжения питания при изменении тока нагрузки или входного напряжения.

7. Выпрямители.
Выпрямитель — это устройство, преобразующее переменный ток в постоянный или пульсирующий.).
Рис. 18. Структурная схема выпрямителя
1 — силовой трансформатор предназначен для согласования входного (сетевого) и выходного (выпрямленного) напряжений выпрямителя. Трансформатор электрически отделяет питающую сеть от сети нагрузки;
2 — блок полупроводниковых элементов (вентилей) выполняет саму функцию выпрямления переменного тока;
3 — сглаживающий фильтр уменьшает пульсацию выпрямленного тока в цепи нагрузки;