![]() ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Линейный четырехполюсникПод линейным четырехполюсником понимают устройство с четырьмя зажимами, двумя входными и двумя выходными. Задача любой линейной цепи является обеспечение функций передачи и фильтрации сигналов в тракте канала связи. Обозначается:
Пусть на вход подаем -й сигнал. На выходе будет такой же -й сигнал, но может измениться амплитуда с фазой.
Чем характеризуются
· Какими должны быть характеристики K=K( · Чтобы сигнал не искажался, необходимо чтобы в некотором диапазоне частот (ширина канала связи) коэффициент передачи ·
Это идеальные характеристики. Насколько реальные близки к идеальным опред. Допустимыми источниками.
Фильтрующие свойства последовательного контура. -пример линейного Найдем коэффициент передачи для этой системы, равный отношению комплексной амплитуде напряжения на конденсаторы Аmc к комплексной амплитуде ЭДС
Если снимать сигнал с катушки: Если снимать сигнал с
При резонансе амплитуда колебаний на катушке и конденсаторе увеличивается в в близи собственной частоты эта характеристика близка к идеальной. Фазачастотная характеристика – линейна Рассмотренный случай является примером фильтра. Фильтры служат для разделения токов различных частот, т.е. одни частоты несут информацию, а другие оказывают вредное воздействие.
2
Напряжение на инд-ти и емкости: При частоте
Величина называющая во сколько раз при резонансе амплитуда этих превышает амплитуду ЭДС генераторе называется добротностью
Классификация фильтров Фильтры классифицируются по признаку частот, пропускаемых в исследуемую цепь. I. Фильтры Низких Частот- ФНЧ
II. Фильтры Высоких Частот- ФВЧ
III. Полосовой фильтр –пропускает частоты в некоторой полосе (ПФ)
IV. Заградительный фильтр – пропускает все частоты, кроме некоторой полосы. (ЗФ)
Полосовой Фильтр можно получить как фильтр высоких частот с ПФ= ФВЧ Фильтр наиболее полно характеризуется зависимостью коэффициента передачи от частоты. Коэффициент передачи мощности сигнала на выходе фильтра и мощности поступающей на вход, удобно оценивать в логарифмической шкале. За единицу отношения мощности принят бел(в честь А.Г. Белла), которая определяется как
На практике используются, как правило, (величина в 10 раз меньше) децибелом, Из-за квадратичной зависимости мощности тока (напряжения) коэффициент передачи тока (напряжения) определяется как: Октава - изменение частоты вдвое. Декада- изменение частоты в 10 раз. Параллельный контур
Комплексное сопротивление цепи: В числителе " R" - мы можем пренебречь, а в знаменателе R нельзя пренебречь, так как знаменатель может превратиться в 0 при ω=ω0.
Влияние сопротивления генератора и нагрузки на свойства параллельного контура
Амплитуда: Коэффициент передачи: Рассмотрим 2 случая 1.
2. Влияние сопротивления нагрузки 1. 2. Влияние сопротивлений генератора и нагрузки на свойства последовательного контура
ρ = Q=
1) 2)
Прохождение модулированных колебаний через контур- фильтр Чтобы получить спектр выходного сигнала необходимо умножить спектр входного сигнала на амплитудно- частотную характеристику (𝑈=𝑈(ω)) 1.
2.
m - коэффициент модуляции, уменьшается Сигнал искажается
3.
Искажения информации минимальны
Для согласования фильтра и сигнала необходимо, чтобы: 1. 2. Ширина полосы фильтра была бы не меньше ширины полосы сигнала. Связанные контуры Идеальный фильтр должен иметь П-образную частотную характеристику и линейную фазовою характеристику в полосе пропускания. Для приближения частотной характеристики к идеальной используется система нескольких контуров, связанных между собой либо общим магнитным полем (индуктивная связь), либо общим электрическим полем (емкостная связь).
Общий элемент 2-х контуров - Такая связь называется - емкостной. Связь может быть индуктивной, гальванической, когда общий элемент - резистор. Связь может быть сложной, когда общий элемент - какие-то схемы. Вид связи всегда относителен. Рассмотрим трансформаторную связь (индуктивную).
М - коэффициент взаимоиндукции.
ЭДС:
Представим токи в виде: (
(Система уравнений Кирхгофа) Запишем уравнение в комплексных амплитудах
Решив систему окажется
Пусть
Свойства схемы определяются величиной æ Q Рассмотрим случаи: 1. æ Q <<1 - случай слабой связи. Обозначим
В этом случае амплитудно-частотная характеристика имеет вид:
— полоса уже, чем для одиночного контура
2. æ Q =1 - случай критической связи коэффициент передачи: при резонансе η= 0, тогда
Амплитудно-Частотная Характеристика ближе к П-образной.
3. æ Q >1 Случай сильной связи
Появляются 2 резонансные частоты
У каждого из одиночных контуров собственная частота - Схемы сложных фильтров: Полосовой фильтр:
Заградительный фильтр:
Линейные цепи с распределенными параметрами
Если длина двухпроводной линии больше длины волны распространяющегося в ней сигнала ( Итак, распределенность параметров нужно учитывать на высоких частотах: Элементы, в которых надо учитывать распределение параметров называются длинными линиями. Излучение таких проводов очень мало. Все электромагнитное поле сосредоточено между проводами
. Характеристика длинных линий В данной линии каждый элемент
Длинные волны подчиняются (описываются) Телеграфными уравнениями (для линии без потерь) (с потерями) Решая систему т. е. дифф.
Как решить? Итак, система уравнений “ “
Из 1) и 2) получаем уравнение Потери учитываются следующим образом: Отражение волн в линии Пусть у нас есть длинная линия
Напряжение в любой точке: Воспользуемся первым телеграфным уравнением: Где сопротивление линии.
1. При т. е. 2. При т. е.
Антенны
Как можно длинную линию усилить в качестве антенны? 1) Такие антенны называются симметричными вибраторами 2)
Полуволновой вибратор можно рассматривать как развернутый отрезок двухпроводной лини, разомкнутый на конце.
Если отрезок разомкнутой линии разомкнуть, превратив его в полуволновой вибратор, распределение тока вдоль длины вибратора останется примерно таким ж, как в линии. Излучение улучшится, т. е. превращение отрезка линии в вибратор - есть переход от закрытой колебательной системы к открытой, что позволяет создавать в определенном пространстве электрические и магнитные поля. Основные параметры антенны I. Действующая высота антенны. Рассмотрим участок антенны длинной Рассмотрим какой же
Как связан этот ток с напряженностью вблизи антенны?
Рассмотренная антенна называется полупроводниковым вибратором Рассмотрим
Рассчитаем
Результат получится такой же: Напряженность электрического поля на расстоянии , а коэффициент пропорциональности зависит от условий распространения волн.
II. Сопротивление излучения. Мощность поступающая на антенну расходуется на
Получим:
III. КПД антенны Отношение IV. Направленность излучения антенны. Для этого строят диаграммы направленности - это графики которые характеризуют излучение антенны в данном направлении. Их строят в полярных координатах, т. е. абсолютная величина сигнала от угла. Диаграммы строят в двух плоскостях, (вертикальной и горизонтальной). Для полуволновой антенны:
Вертикальная направленность Горизонтальная направленность. Во все стороны антенна излучает одинаково. Как можно влиять на диаграммы? Пусть у нас есть антенна.
Пассивный вибратор – называется рефлектором. Вся система называется вибратор с рефлектором. Тогда вся система будет излучать в одном направлении. Рассмотрим другой случай.
Вибратор называют дилектором.
Характеристики антенны на излучение и прием абсолютно одинаковы
Полупроводниковые приборы. (Принцип работы - использование электронно-дырочного перехода) Электронно-дырочный переход (p-n переход).
При равновесии: p*n~
электроны N: из n в p
После диффузии в n-области положительно заряженные ионы
ρ – плотность объемного заряда.
E – напряженность электрического поля
φ – контактная разность потенциалов E=-grad φ Дырочная плотность тока: Электронная плотность тока: Общий диффузный ток:
В “n” остаются положительно заряженные ионы, а в “p” остаются отрицательно заряженные ионы. После разделения заряда появляется электрическое поле, которое называется контактным. (
Такой ток называется дрейфовым током. (
В равновесии общий ток: j = j = В состоянии равновесия общий ток равен 0 (нулю). Вспомним з-н Ома: j = ρ*E.
E – напряженность электрического поля φ – контактный потенциал (E=-grad φ) Δ Чтобы дырка поднялась на барьер, она должна обладать энергией |e|* Δ Вероятность того, что дырка преодолеет барьер W = EXP(|e|* Δ
Т –абсолютная температура
При прямом включении течет диффузный ток.
Оценим K = 0,86*
Обратное включение p-n перехода.
p-n переход расширяется!
Основные носители практически не могут преодолевать потенциальный барьер, т.к. он увеличивается на величину приложенного напряжения Вольт-амперная характеристика p-n перехода. 1.
2. Сопротивление р-n перехода намного меньше чем в обратном. 3. При больших обратных напряжениях наблюдается пробой р-n перехода. Его сопротивление резко падает. Применение р-n перехода. 1. Выпрямительные диоды. В них используется Основные параметры плоскостных полупроводниковых диодов. 1) Наибольший выпрямительный ток, не вызывающий перегрева при длительном перетекании (характеризует прямое смещение). 2) Наибольшее обратное напряжение не вызывающее пробоя. 3) Падение постоянного напряжения при выпрямительном токе. 4) Обратный ток, при допустимом обратном напряжении. Диоды изготавливаются на основе германия и кремния. Достоинства и недостатки: · Диоды на основе кремния работают в более широком диапазоне (до 150 ° С). Германиевые (до 75° С). Кремневые (Si) – более устойчивы к радиоактивному излучению. Обозначаются на схемах
2. Варикап
ёмкостью.
S-площадь пластины, d –расстояние между При увеличении
3. Стабилитрон (работает при обратном смещении)
Электроны могут приобрести большую скорость т. е. имеют большую кинетическую энергию, падая в атом они выбивают 2 электрона. Эти 2 электрона разгоняются и атомы выбивают по 2 электрона. Т.о. концентрация нарастает лавинообразно. Сопротивление р-n перехода падает.
Все это происходит при почти постоянном напряжении. В этом случае стабилитрон используется для стабилизации напряжения.
Обозначаются на схемах:
4. Туннельный диод В нем концентрация электронов в n –области, и дырок в р- области очень велика. Настолько велика, что основные носители могут проходить через р-n переход благодаря туннельному эффекту. I II III · При больших напряжениях туннельный эффект исчезает. · Туннельный эффект применяется во II области. Во второй области дифференцированное сопротивление равно: Т.к. R < 0 на II-ом участке туннельный диод может рассматриваться как источник энергии(R > 0 -это сток энергии).
Обозначаются на схемах:
Транзистор в режиме усиления Транзисторы применяются для усиления и генерации колебаний. Первый транзистор был синтезирован в 1948 году. В СССР в 1949 г. Транзистор(transistor) – преобразование сопротивления. Сущность транзистора iвых = iвх; R вых > Rвх следовательно uвых > uвх. Транзистор представляет собой трехслойную полупроводниковую структуру.
Средняя область: база.
· Концентрация основных носителей в Э- max. Эммитер –источник носителей. · Концентрация основных носителей в К-меньше. Коллектор принимает носители. · Концентрация основных носителей в Б – minимальная. Она лишь управляет движение чужих носителей.
Схема с общей базой.
В этой схеме все потенциалы измеряются относительно база. Входной сигнал подается на эммитер, а выходной снимается с сопротивления в цепи коллектора. Во входную цепь входят: источник Еэб Источник входного сигнала u вх Еэ - u вх – Э – Б - Еэ Эммитер транзистора Э, база Б и заканчивается на Еэб
Выходная цепь: источник Екб База, коллектор Ек – Б – К - Rн- Ек Сопротивление нагрузки R н и заканчивается на Ек Подбираем их там, чтобы ЭБ – смещен в прямом направлении (т.е. направление на р-n переходе ЭБ имеет положительную полярность, следует что открыт для основных носителей заряда), КБ - в обратном направлении (коллекторный переход закрыт для основных носителей заряда) Для нормальной работы транзистора необходимо, чтобы концентрация дырок рэ в Э была намного больше концентрации электронов nб в базе Ширина базы мала => диффундирующие носители не успевают рекомбинировать за время движения в базе => достигают коллекторного перехода. Дырки в базе – неосновные носители => коллекторный переход открыт для них. Электрическое поле у К перехода ускоряет дырки Следовательно, Rэб – мало, а R бк – велико. По закону Кирхгофа: iэ = iк + iб
Хотелось бы iэ ≈ iк для этого надо уменьшить iб iб обусловлен рекомбинацией дырок iб – компенсирует расход электронов на процесс рекомбинирования. 1) База делается тонкой. 2) База делается слабо легированной, т.е. концентрация примесей не велика. Дырки втягиваются в коллектор источником Ек. Этот процесс характеризуется коэффициентом λ-коэффициент передачи тока эмиттера. λ = Физический смысл: коэффициент усиления по току в схеме с общей базой. λ≈1, обычно λ=0,9÷0,99. Повлияет ли на сопротивление Rh величину тока коллектора? Сопротивление выходной цепи состоит из перехода б-к и Rh. Rвых=Rбк+Rh≈Rбк=Rобр Так как переход б-к смещен в обратном направлении Rобр»Rh,даже тогда когда Rh велико. Поэтому Rh не оказывает влияния на ток коллектора. Итак Uвых=ik*Rh,посмотрим каким будет коэффициент усиления по напряжению: Кu= Следовательно: усиление по току нет, ток не усилился iвх≈iвых, усиление по напряжению U-есть, усиление по мощности- есть.
Выходные характеритики транзистора с общей базой Выходные характеристики - зависимость выходного тока от выходного напряжения: ik(Uk). Так как ток коллектора ik,практически не зависит от U на коллекторе, то Rвых=
![]()
![]()
Входная цепь:”+”Еб Выходная цепь::”+”Ек Входной смысл подается на базу,а выходной снимается с сопротивления в цепи коллектора. Rk переходы смещены: ЭБ- прямое напряжение БК- обратное напряжение Как происходит усиление в схеме с ОЭ? (*) iэ=iб+iк- по первому закону Кирхгофа. λ-коэффициент передачи тока эмиттера. λ = (**)дифференцируем по iк по Uк=const =
β = Uвх попадает на переход эмиттер базы. Uвх-ЭБ Iэ сильно зависит от напряжения(от Uвх),еще переход ЭБ смещен в прямом направлении. Iэ(Uвх)≈iк(Uвх).
Сопротивление входной цепи. Rвых=Rбк+Rк≈ Rбк От Rк ток коллектора iк, почти не зависит, так как в выходной цепи у нас есть Rбк, который смещен в обратном направлении. Uвых=iкRк Выходной сигнал сильно зависит от входного, благодаря iк,с другой стороны он велик благодаря Rк. Кu= Кu= Вывод: в этой схеме есть усиление по току, напряжению и мощности. Какие существуют характеристики для этой схемы? Для схем Rобщ эмиттером(рис2). Входные характеристики - это зависимость iб от Uб при Uк=const.
Выходные характеристики - это зависимость iк от Uк, при iб=const/ Iб3 Наклон характеристик значительно больше, чем в схеме с общей базой, то есть выходное напряжение не столь велико, чем в схеме с общей базой. При одинаковых приращениях iб ,приращение iк будут не одинаковы (искажены).Характеристики не доходят до оси ординат. Полевые транзисторы. В полевых транзисторах выходным током управляет входное напряжение. Полевой транзистор так же называют униполярным, подчеркивая тем самым, что рабочий ток в нем обусловлен носителями заряда одного знака. Величина этого тока изменяется под действием перпендикулярного к его направлению электрического поля создаваемого входным сигналом. В зависимости от физической структуры, полевые транзисторы делятся на две группы: Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|