Материал: Москатов Электроника 2010

151Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

трическими преобразователями, выполняемые обычно в виде плѐнок сульфида кадмия, установленные по краям экрана. Излучѐнные поверхностно-акустические волны достигают противоположной стороны экрана и отражаются обратно, где попадают на датчики. Если осуществить прикосновение к экрану, то поверхностноакустические волны будут частично поглощены и преломлены, что зарегистрируют датчики. Полученную информацию сравнивают с заранее записанной информацией о всевозможных распространениях волн и на этой основе формируют сигнал не только о положении точки касания в пространстве, но и силы, с которой оно было произведено. Достоинства: наработка на отказ сенсорного экрана на основе ПАВ обычно в несколько раз превышает наработку на отказ экрана по резистивной технологии. Недостатки: высокая стоимость, низкая разрешающая способность, ограниченная стоимостью изделия, чувствительность к механическим колебаниям, получение ошибочной информации при воздействии вибраций.

10.8. Голографические системы

Голографической называют систему, в которой представление определѐнной оптической информации обеспечено интерференцией двух волн: отражѐнной от объекта и когерентной с ней волны. Источником когерентного излучения служит специальный лазер. Волну, которая отражена от объекта, называют объектной или предметной, а когерентную волну называют опорной. При наложении объектной и опорной волн на определѐнных участках происходит пространственное сложение их амплитуд с учѐтом фаз. В этих участках пространства интенсивности амплитуд, которые имеют световые волны, могут лежать в диапазоне от их взаимной разности до их взаимной суммы. Все участки пространства, на которых появляются интерференции, образуют интерференционную картину. Если в месте образования интерференционной картины поместить плоскую

152Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

фотопластинку, то изображение, возникающее на этой пластинке, называют голограммой.

Голограммы позволяют полностью воссоздать изображение исходного объекта, так как содержат информацию и об амплитудах, и о фазах волн; в том числе они могут дать изображение обратной стороны наблюдаемого объекта.

11. Аналоговые устройства

11.1. Усилители сигналов и их классификация

Электронным усилителем называют аппарат, на вход которого подают сигнал малой мощности, а на выходе, за счѐт потребления энергии от электропитающего устройства, получают точно такой же сигнал, но большей мощности. Наименьшую функционально законченную цепь, которая может усиливать сигнал, называют усилительным каскадом. Активными компонентами, благодаря которым происходит усиление сигналов каскадов, выступают транзисторы, электронные лампы, туннельные диоды и прочее.

По области применения в аппаратуре усилители подразделяют на измерительные, микрофонные, предварительные и другие [167, с. 94]. По частотному диапазону подлежащих усилению сигналов их классифицируют на усилители низкой частоты (УНЧ), высокой частоты (УВЧ), постоянного тока (УПТ), на широкополосные и избирательные усилители. УНЧ могут усиливать сигналы с частотой примерно от 10 Гц до 100 кГц, УВЧ – от 100 кГц до 100 МГц. УПТ предназначены для усиления сигналов в полосе частот от постоянного тока до 100 кГц. УПТ используют в устройствах автоматического регулирования, приборах связи, в операционных усилителях и т.п. Широкополосные усилители, которые подразделяют на видеоуси-

153Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

лители и импульсные усилители, могут усиливать сигналы с частотой, лежащей в диапазоне примерно от 50 Гц до 6 МГц. Избирательные усилители необходимы для увеличения амплитуды сигналов при сохранении их формы (если это нужно) лишь в определѐнной узкой полосе частот. Для этого в такие устройства вводят избирательные цепи, такие как системы резонансных контуров, пьезоэлектрические или электромеханические фильтры и пр. Избирательные усилители используют в большинстве радиоприѐмников и телевизоров.

11.2. Основные параметры и характеристики усилителей

11.2.1. Основные параметры усилителей

К важнейшим параметрам усилителей относят коэффициент усиления, полосу пропускания, входное и выходное сопротивления, выходную мощность, коэффициент нелинейных искажений, КПД, уровень собственных шумов и другое.

Коэффициентом усиления по напряжению называют отношение амплитуды переменного выходного напряжения к амплитуде переменного входного напряжения усиливаемого сигнала: KU = Uвых / Uвх. Коэффициентом усиления по току именуют отношение силы тока нагрузки к входному току: KI = Iвых / Iвх. А коэффициентом усиления по мощности называют отношение мощности, отдаваемой в нагрузку, к вызвавшей еѐ мощности входного сигнала: KP = Pвых / Pвх. Если тракт усилителя многокаскадный, то суммарный коэффициент усиления всего тракта составляет произведение коэффициентов усиления его отдельных каскадов.

154Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

Если при фиксированной амплитуде входного сигнала изменять частоту сигнала, подаваемого на вход УНЧ, то можно заметить, что на определѐнных очень высоких и очень низких частотах коэффициенты усиления аппарата по напряжению понижаются. А в диапазоне между этими частотами коэффициент усиления практически неизменен. Полоса пропускания усилителя – это такой диапазон усиливаемых частот, в котором выходное напряжение, которое подводят к нагрузке, падает менее чем на 0,707 от наибольшего значения.

Для нормальной работы усилителя его входное сопротивление должно быть много выше выходного сопротивления источника сигнала, а выходное сопротивление усилителя должно быть много меньше, чем сопротивление нагрузки. Если имеет место прямо противоположное – входное сопротивление меньше, чем выходное сопротивление источника сигнала, или выходное сопротивление усилителя меньше сопротивления нагрузки, то их необходимо согласовать. Согласование – это осуществление операций, направленных на обеспечение возможности передачи наибольшей энергии от еѐ источника к потребителю с минимумом потерь и искажений. Типовой приѐм согласования входа транзисторного усилителя с низким сопротивлением и выхода источника сигнала с высоким сопротивлением состоит в установке между ними транзисторного каскада на биполярном или полевом транзисторах, которые включены по схемам с общим коллектором или общим стоком. Известно, что такие каскады обладают высоким входным и низким выходным сопротивлениями.

Номинальная выходная мощность усилителя – это наибольшая мощность, которую он может отдать с нагрузку без превышения заданного значения коэффициента нелинейных искажений. Выход-

ную мощность обычно находят согласно выражению: Pном = Uвых2 / Rн,

где Rн – сопротивление нагрузки, Ом;

а Uвых – напряжение на выходе усилителя, В.

155Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

Нелинейные искажения – это искажения, в результате которых на выходе возникают новые гармоники, которые отсутствовали в исходном сигнале. Количественно эти искажения представляют в виде выраженного в процентах коэффициента гармоник, или коэффициента нелинейных искажений, который находят по следующей

формуле:

Kни = 100% · √(U22 + U32 + U42 + … + Un2) / U1,

где U1 – амплитуда напряжения первой гармоники, В; U2 – амплитуда напряжения второй гармоники, В;

U3 – амплитуда напряжения третьей гармоники, В; U4 – амплитуда напряжения четвѐртой гармоники, В; Un – амплитуда напряжения n-ной гармоники, В.

КПД усилителя, выражаемый в процентах, допустимо вычислить согласно выражению:

η = (Pвых / Pп) · 100, %,

где Pвых – выходная мощность усилителя, Вт;

а Pп – мощность, которую потребляет усилитель от источника питания, Вт.

Возникающие в выходном сигнале усилителя шумы выделяют в три группы:

шумы компонентов, усиливающих сигнал,

тепловые шумы, связанные с повышением температуры резисторов, стабилитронов и других деталей, шумы, обусловленные пульсациями в питающем напряжении.

11.2.2.Важнейшие характеристики усилителей

Косновным характеристикам усилителей причисляют амплитудную, амплитудно-частотную (АЧХ) и фазовую характеристики.

Амплитудной характеристикой называют зависимость амплитуды переменного напряжения, снятого с выхода устройства, от амплитуды напряжения, поданного на его вход. Вместо амплитудных