Основы теории производства
Лек7.
Усилители переменного и постоянного токов.
Усилители служат для преобразования электрических сигналов по величине. Они являются наиболее универсальными электронными устройствами и в той или иной форме используются практически в любых электронных системах. Общее функциональное обозначение усилителя дано на рисунке.
Классификация усилителей электрических сигна-лов производится:
- по виду используемых активных элементов – усилители электронные, магнитные, оптико-электронные и т.п.;
- виду основного усиленного сигнала – усилители напряжения, тока и мощности;
- связи между каскадами – усилители с непосредственными связями, реостатные или резистивные, резистивно-емкостные (RC-усилители), трансформаторные, резистивно-трансформаторные;
- способу усиления – усилители непосредственного (прямого) усиления и усилители с преобразованием спектра усиливаемого сигнала (усилители типа МДМ, модемы);
- характеру зависимости между входным и выходным сигналами – усилители линейные и нелинейные (с отсечкой, логарифмические и т.п.);
- полосе пропускания – усилители широкополосные или видеоусилители, звуковые, узкополосные, усилители постоянного тока.
В общем виде усилитель может быть представлен в виде четырехполюсника, на вход которого подан сигнал от внешнего ис- точника с Евх и внутренним сопротивлением Rи, а к выходу подключена внешняя нагрузка Rн.
Входными параметрами усилителя являются напряжение Uвх, ток Iвх, сопротивление Rвх, и мощность Рвх , а выходными параметрами – напряжение Uвых, ток Iвых, сопротивление Rвых, и мощность Рвых .
Проходные параметры усилителя – коэффициенты усиления по напряжению КU =Uвых / Uвх, по току КI = Iвых / Iвх, по мощности КР = Рвых / Рвх .
При работе усилителя с характерными для измерительных устройств сигналами средних частот 1 – 3 кГц влияние реактивных элементов пренебрежительно мало и параметры можно считать действительными. При анализе цепей на нижних и средних частотах используют модули параметров и их зависимости от частоты.
Частотная характеристика усилителя – это зависимость модуля коэффициента усиления по напряжению К от частоты f.
Идеальная характеристика - горизонтальная в диапазоне частот fн - fв, который называют полосой пропускания усилителя. Реаль-ная характеристика имеет завалы, которые вызываются влиянием реактивных элементов в цепях межкаскадной связи.
Амплитудная характеристика – зависимость между выходным Uвых и входным Uвх напряжениями. Идеальная характеристика линейного усилителя – прямолинейная, реальная характеристика при больших сигналах – нелинейная.
Фазовая характеристика – зависимость угла сдвига фаз между входным и выходным напряжениями φ от частоты f. На средних частотах φ(f0) фазовый сдвиг отсутствует. Влияние реактивных элементов искажает фазовую характеристику.
Обратная связь в усилителях.
В усилителях на вход подают исходный сигнал от внешнего источника, а на выходе получают усиленный выходной сигнал. Как правило, часть этого сигнала через специальную сеть подают также на вход усилителя. Такую передачу сигнала называют обратной связью (ОС).
В результате на входе усилителя с ОС дейст-вуют два сигнала: исходный сигнал и сигнал ОС. Обратные связи влияют на параметры и характеристики усилителя.
Классификация обратных связей проводится:
- по способу образования – принудительные, специально создан-ные связи и паразитные, возникающие, например, из-за монтажных емкостей. Полезными являются только принудительные связи;
- характеру совместного действия двух сигналов на входе усили-теля – обратные связи положительные (ПОС) и отрицательные (ООС). При ПОС исходный входной сигнал и сигнал ОС совпадают по знаку или фазе, суммируются и увеличивают результирующий сигнал на выходе усилителя ПОС применяют в генераторах. В уси-лителях ПОС используют сравнительно редко. Для усилителей ха-рактерна ООС;
- способу образования сигнала ОС на выходе усилителя – обрат-ная связь по напряжению и току. Включение или исключение эле-ментов цепи ОС не должно влиять на выходную цепь;
- способу подачи сигнала ОС на вход усилителя – последователь-ная и параллельная ОС. При последовательной связи на входе уси-лителя суммируются напряжения, а при параллельной связи – токи.
Отрицательная обратная связь (ООС) влияет на параметры уси-лителя:
- уменьшает усиление;
- повышает стабильность усилителя;
- относительную нестабильность усилителя;
- последовательная ООС повышает входное сопротивление усилителя;
- параллельная ООС уменьшает входное напряжение и коэффи-циент усиления и повышает его стабильность.
Резистивно-емкостные усилители.
Схема простейшего резистивно-емкостного усилительного кас-када показана ниже:
Величинами, определяющими параметры каскада, являются:
- входное сопротивление транзистора;
- коэффициент усиления по току;
- коэффициент усиления по напряжению;
- коэффициент усиления по мощности;
- коэффициент передачи входной цепи.
Все параметры каскада определяются только элементами самого каскада. Влияние внешнего источника сигнала учитывают коэффи-циентом передачи входной цепи.
В практических усилительных каскадах используется установка начальных токов и напряжений от одного источника коллекторного питания. Кроме того, для термостабилизации рабочей точки обычно применяют отрицательные обратные связи, чаще всего последова-тельную ООС по эмиттерному току.
В рабочем режиме (евх ≠ 0) рассчитываются следующие парамет-ры:
- входное сопротивление усилителя;
- коэффициенты усиления по напряжению и току транзистора;
- коэффициент усиления по току схемы;
- коэффициент усиления по мощности;
- выходное сопротивление усилителя.
Реактивные сопротивления разделительных конденсаторов вно-сят потери в величине полезного сигнала, в связи с этим необхо-димо рассчитывать величины емкостей конденсаторов схемы.
При правильном выборе емкостей конденсаторов фазовыми сдвигами на рабочей частоте можно пренебречь и пользоваться нормированной частотной характеристикой усилителя. Оконча-тельная установка заданного коэффициента усиления может быть осуществлена регулировкой резистора эмиттерной нагрузки.
Погрешности резистивно-емкостного усилителя.
Для усилителей этого типа характерна мультипликативная пог-решность, связанная с нестабильностью коэффициента передачи. Мультипликативная погрешность прямопропорциональна величине входного напряжения. Наиболее эффективным способом уменьше-ния дополнительной относительной погрешности коэффициента усиления усилителя является увеличение глубины обратной связи, т.е. величины сопротивления нагрузки эмиттера.
Следует отметить, что аддитивная погрешность (дрейф выход-ного напряжения) в усилителях переменного сигнала отсутствует, поскольку между выходом усилителя и нагрузкой находится разде-лительный конденсатор.
Разновидности резистивно-емкостных усилителей.
Усилитель на транзисторе по схеме с общей базой имеет низкий коэффициент передачи входного тока в нагрузку, низкое входное и высокое выходное сопротивления.
Принцип работы каскада с общей базой удобнее рассмотреть на схеме с раздельными источниками питания, формирующими начальные токи транзистора в режиме покоя.
Схема каскада приведена на рисунке.
Источники питания Uэ-б и Uк-б создают токи покоя Iэ0, Iб0, I0к, величины которых зависят от сопротивлений резисторов Rэ, Rк и характеристик транзистора.
Многокаскадные усилители.
Реализация поставленной задачи по преобразованию входного информационного сигнала не всегда может быть решена с помощью одного усилительного каскада, поэтому реальные усилители сос-тоят из нескольких каскадов. На рисунке приведен пример струк-турной схемы трехкаскадного усилителя.
Входной каскад обеспечивает согласование с входным сопротив-лением источника входного сигнала, далее обеспечивается необхо-димое усиление по напряжению и мощности. Местные у1 и общие у2 цепи обратной связи предназначены для корректировки парамет-ров усилителя, предотвращения самовозбуждения, а также для ста-билизации характеристик. Результирующие коэффициенты усиле-ния или частотных искажений находят как произведение соответст-вующих коэффициентов отдельных каскадов.
Усилители постоянного тока с непосредственными связями.
К усилителям постоянного тока (УПТ) относятся устройства, у которых коэффициент усиления на нижних частотах вплоть до ну-левой отметки остается таким же, как и на средних частотах.
В цепях УПТ не применяются элементы, сопротивление которых зависит от частоты, т.е. конденсаторы и трансформаторы, поэтому для соединения усилителя с источником сигнала и нагрузкой, а так-же для соединения каскадов между собой используют непосредст-венные (гальванические) связи.
Наиболее сложной задачей в УПТ является уменьшение нестаби-льности (дрейфа) выходного напряжения. В идеальном случае при отсутствии входного сигнала выходное напряжение должно быть неизменным и равным нулю. Изменение выходного напряжения, обусловленное внутренними процессами в усилителе и не связанное с входным напряжением, называют дрейфом усилителя.
Абсолютный дрейф нуля усилителя определяют как максимальное изменение выходного напряжения при короткозамкнутом входе за определенный промежуток времени. Приведенный ко входу дрейф УПТ вычисляют делением абсолютного дрейфа на коэффициент усилителя. Приведенный ко входу дрейф эквивалентен ложному си-гналу на входе. Величина дрейфа входа ограничивает минимально различимый полезный входной сигнал, т.е. определяет порог чувст-вительности усилителя.
Основными недостатками этих устройств является дрейф выход-ного напряжения, который усиливается в каждом каскаде наравне с полезным сигналом. Поэтому в настоящее время схемы подобного типа не выдерживают конкуренции с УПТ дифференциального типа – балансными УПТ и операционными усилителями.
эффект дохода – позволяет при снижении цены высвобождается часть бюджета для дополнительных благ.
эффект замещения – это покупка относительно подешевевшего блага в отличии от относительного подорожавшего блага .
Ø производство и производственные функции
Ø производство в краткосрочном и долгосрочном периоде
издержки.
Ø теория фирмы
производство- это процесс преобразования ресурсов в благо на основе использования факторов производства.
каждый конкретный процесс производства осуществляется в форме отдельной технологии
технология- устойчивая комбинация факторов производства
в условиях ограниченности ресурсов особое место занимает проблемма эффективности использования ресурсов .
различают технологическую и экономическую эффективность.
технологическая эффективность связанна с таким способом производства при котором объём выпуска достигается при меньшем количестве факторов
экономическая эффективность – это эффективность при которой альтернативная стоимости вменённых факторов будет наименьшая
производственная функция- это пропорциональная взаимосвязь отражающая зависимость между вводной комбинацией факторов и объёмом выпуска
q=f(lk)
капитал труд объём выпуска
взаимосвязь может быть линейной а может быть нелинейной
свойство производственной функции –
1 )она описывает только определённую техологическую взаимосвязь
2)изображает альтернативные варианты использования факторов
3) отражает максимальное значение выпуска для каждой комбинации факторов
4) показывает только те комбинации факторов котрые входят в экономическую область
долгосрочный и кроткосрочный переиоды
крткосрочный до года
деление на постоянные переменные факторы
долгосрочные больше года
все факторы нося переменный характер
задачи характера кроткосрочного периода выявить производительность переменного фактора
предельный продукт
заккон убывающей отдачи
по мере увеличения приминения еременного фактора но при фиксированной величине других факторов достигается точка с которой использование дополнительного колличества переменного фактора ведёт к снижению прироста продукцииа затем к абсолютному сокращению
действует закон убывающей отдачи позволяет сделать следующие выводы
1) всегда существует область затарт когдаих увеличение не приводит к снижению совокупного продукта(это экономическая область)
2) еслиодин из факторов остаётся неизменным всегда достигается объем переменного фактора кооторый ведет к сниженю предельного продукта
3) возможности влияния переменного фактора на увеличение выпуска ограниченны
в долгосрочном периоде: функции производства это определеие оптимальной комбинации факторов для получения выгоды.
в долгосрочном периоде происходит замещение одного фактора другим и формируются разные комбинации этих факторов это изокванта (кривая которая показывает все возможные комбинации всевозможных факторов) множество прямых даёт карту изоквант .
характеристики изоквант .
1 форма изокванты отражает пределы возможных комбинаций
2 отражает максимальное значение выпуска
3 отражает действие закона о убывающей отдаче
4 имеет отрицательный наклон
отражает только экономичекую область
разнонаправленность факторов называется предельной нормой технологического замещения она пределяеься как обсолютное значение углового значения изокванты
тоесть наклон касательной в любой из её точек
возможности замещения факторов определяется особенностями технологии поэтому они могут принимать разную форму
не допускающие замещения факторов
в долгосрочном периоде эффект масштаба
соотношение между изминением цены затрат и измением выпуска называется эффектом масштаба.
эффект масштаба может быть положительным постоянным и отрицательным.
постоянный эффект выражается в том что объём выпуска изменяется в тойже пропорциии что и затраты.
положительный объём выпуска увеличивается в большей прропорции чем затраты
отрицательный объем выпуска увеличивается в меньшей степени чем затраты
факторы способствующие росту отдачи от масштаба:
размерность
рост производительности изза более глубокого разделения произволдитеольности труда
более полное использование мощностей
специализация
организационные формы