ОС в общем виде наз. передачу энергии из вых. цепи усил. в его вх. цепь. ОС м/б искусственной, вводимой для улучшения хар. усил-ля и повышения стабильности его работы, а также паразитной, возникающей за счет нежелательного влияния вых. цепей усил. на его вх. цепи. Сруктурная схема усил-ля с ОС: на рис k – коэф усиления усил-ля. ǽ-коэф передачи цепи ОС.
37. Ключевой режим работы транзистора. Основой схем импульсной и цифровой техники является транзисторный ключ, т.е. каскад на транзисторе, работающем в двух режимах: насыщенный (ключ открыт) и отсечки (ключ закрыт). Транзисторный ключ может быть построен по схемам с ОБ, ОЭ и ОК, однако, наибольшее распространение нашел ключ по схеме с ОЭ. Его схема с транзистором p-n-p-типа и выходные хар-и с линией нагрузки имеют вид: Линия нагр. а-б опис.я уравнением: . А точки ее пересечения с ВАХ тр. опр. напряжение на элементах и ток в вых. цепи. Рассм. режим отсечки тр. Это есть режим запертого сост., осуществляется подачей на его вход напр. «+» полярности (UBX > 0. На рисунке а без скобок). При этом эм. переход тр. запирается и его IЭ = 0, а через рез. RK и RБ протекает обратный тепловой ток кол. перехода IK0. этому реж. на ВАХ соотв. точка MЗ (рис. б). | Знач. тока IK0 явл. параметром режима отсечки. Чем он меньше, тем лучше. Вел. запирающего напр. UBX+ выбирают из усл., чтобы при протекании IK0 через RБ вып. соотн.: (1). Рассмотрим режим насыщения тр. (откр. сост.). Он достиг. подачей на вход тр. напр. прот. полярности (UBX < 0, на рис. а в скобках) и заданием опр. величины IБ. Этому режиму на ВАХ соответствует точка М0. при увел. отпир. IБ (от нулевого значения) раб. точка из положения МЗ будет перем. вверх по линии нагрузки, IК расти, а напр. UКЭ – уменьш. До нек. вел. (IБ нас) будет сохр. проп. связь между IК и IБ : (2), где - стат. или усредн. коэф. перед. тока тр. в схеме с ОЭ (а не диф. , хар-ий режим малого сигнала). Полному откр. тр. при iБ = IБ нас соотв. точка М0 на ВАХ. При этом через него и через рези. RК прот. ток: (3), где UКЭ нас падение напр. на откр. и насыщ. тр. Это напр. в зав. от типа тр. лежит в пред. от 50млВ до 1В, поэтому можно считать, что: (4). Отсюда IБ, при кот. тр. полн. открыт и насыщен: (5). При дальн. увел. IБ остат. напр. UКЭ нас ост. практ. неизм., т.к. все кол. хар-ки при IБ > IБ нас прох. через точку М0. Режим раб. откр. тр. при iБ > IБ нас наз. насыщенным, а отн. S = IБ / IБ нас – коэф. насыщ. тр. В реж. нас. тр. устойчив к возд. вх. помех и изм. коэф. , напр., с темп. коэф. насыщения в связи с этим выбир. в пред. от 1,5 до 3. |
Усилитель на биполярном транзисторе на схеме с ОЭ. Усилительный каскад на бип. тр., включенном по схеме с ОЭ имеет вид: Осн. эл-ты: Управляемый эл-т – тр-р. И резистор RK. – обр. главную цепь ус. каскада. Конд. CP1 и СP2 явл. разделительными – искл. шунтирование вх. и вых. цепи по пост току, т.е искл. протек. пост тока ч/з ист. вх. сигн. по цепи EK-R1-R2 и задерж пост. сост-й в вых цепи. Их сопр. в раб. диап. ч-т должно быть знач. < соотв. Rвх и Rн. R1 и R2 исп. для задания режима покоя каскада. Они обеспеч. исх напр. на базе Uбп отн. зажима “+” имт. пит. Rэ – эл-т отр. обр. связи, предн. для стабиз-ии режима покоя каскада при изм. т-ры. Cэ – шунтирует этот рез. по перем току, искл. проявл отр. обр связи в каскаде по перем. составл-м. Пост. составляющие токов и напряжений, т.е.(Iбп, Iкп, Uкэп) опр. так наз-ый режим покоя или рабочей точки (I и U покоя). Для сохр. формы сигн. необх., чтобы пост. сост. токов и напр. были не меньше перем. сост. Резисторы задают токи нач. режима, т.е. токи покоя Iэп, Iбп и Iкп. | Усил. раб. след.обр.: пусть вх. сигнал имеет пол. прил. В этом случае, складывая с Uбэ он уменьш. пот. базы. Iб умен., поэтому умен. Iк, а отр. Uкэ увел. по абс. вел-не, т.е. приращение сигнала на вых. усил. прот-но по знаку приращ. вх. сигнала. Т.о каскад с ОЭ инв-т фазу усиливаемого сигнала. Граф. анализ схемы заключен в построении линий нагрузки по пост току на выходе ВАХ (a-b), т.е. зависимости Iк от U на кол. при опр. вел. Rк. Эта зав. линейна и строится по ф-ле: Iк=Ек-Iкп(Rк-Rэ). Пересечение ее с ВАХ при Iб=Iбп дает т. покоя П. Линия нагрузки по перем. току (в-г) строится из т. П с коэффициентом наклона равным Rк||Rн. Исходя из треб. к парам. нагр. выбир-ся точка покоя и сопр. вх. делителя напр. Выбираются знач. токов и напр. покоя. Строятся на вх. ВАХ диагр вх. напр. по ней находят график Iб путем проецир ч/з график на смежн. ось. Потом на вых ВАХ отмечают график Iк(=ßIб) и проецируют его с оси тока на ось вых. напр. |
Усилитель на биполярном транзисторе на схеме с ОК. Усилительный каскад на бип. тр., включенном по схеме с ОК имеет вид: Коллекторный вывод тр. явл. общим по переменному току для вх. и вых. цепи. Осн. эл-ты: Упр-ый эл-т – тр-р. И резистор Rэ – обр. главную цепь ус. каскада. Rэ – создает изменяющееся напр. в вых. цепи за счет протек. в ней тока, упр. по цепи базы. Rэ – также эл-т отр. обр. связи, предн. для стабиз-ии режима покоя каскада при изм. т-ры. Конд. CP1 и СP2 явл. разделительными – искл. шунтирование вх. и вых. цепи по пост току, т.е искл. протек. пост тока ч/з ист. вх. сигн. по цепи EK-R1-R2 и задерж пост. сост-й в вых цепи. Их сопр. в раб. диап. ч-т должно быть знач. < соотв. Rвх и Rн. R1 и R2 исп. для задания режима покоя каскада. Они обеспеч. исх напр. на базе Uбп отн. зажима “+” имт. пит. Для повых вх. сопр. R2 часто не вводят. Пост. составляющие токов и напр., т.е.(Iбп, Iкп) опр. так наз. режим покоя или раб. точки (I и U покоя). | Принцип работы анологичен каскаду с ОЭ. В ходное сопр.: Rвх=R1||R2||rвх; Uвх=Iб∙[rБ+(1+β)(rЭ+Rэ||Rн) rвх = Uвх/Iб = rБ + (1+β) ∙ (rЭ+ Rэ||Rн); т.к. rЭ<<Rэ||Rн и rБ<2слаг-го. Rвх ≈ R1||R2 || [(1+β)∙Rэ||Rн] При выс. вх. сопр., rк(э) нельзя пренебр: Rвх=…||rк(э) Коэф. усил. по току.: Iн = (1+β)∙Iб∙(Rэ||Rн)/Rн = Iвх∙(1+β)∙ Rвх/rвх∙(Rэ||Rн)/Rн; KI=Iн/Iвх=(1+β)∙ Rвх/rвх∙(Rэ||Rн)/Rн; при Rвх≈rвх; KI≈(1+ β)∙(Rэ||Rн)/Rн; Коэф. усил. по напр.: KU=Uвых/Uвх = IнRн/[Iвх∙Rвх] = KI∙Rн/Rвх ≈ β∙(Rэ||Rн)/ Rвх. KUг=Uвых/Ег=IнRн/[Iвх(Rг+Rвх)]=KI∙Rн/(Rг+Rвх)≈ β∙(Rэ||Rн)/(Rг+Rвх). KU<1(1). Коэф. усил. по мощнисти.: KP=Pвых/Pвх=KU∙KI≈KI Выходное сопр-е каскада.: Вывод: Высокое вх. сопр и низ. вых. – исп-ся как согласующее звено для высоомн. ист. вх. напр. и низкоомн. нагрузки. KU≈1 Позв. усиливаль мощн. без увел. вых напр. |
Усилитель на биполярном транзисторе на схеме с ОБ. Усилительный каскад на бип. тр., включенном по схеме с ОБ имеет вид: Вывод базы тр. явл. общим по переменному току для вх. и вых. цепи. Реализыция схемы допускае исп. одного ист-ка питание Eк. Осн. эл-ты: Упр-ый эл-т – тр-р. И резистор RK. – обр. главную цепь ус. каскада. Еэ, Rэ задают ток Iэп в режиме покоя. Конд. CP1 и СP2 явл. разделительными – искл. шунтирование вх. и вых. цепи по пост току, т.е искл. протек. пост тока ч/з ист. вх. сигн. и задерж пост. сост-й в вых цепи. В схеме резисторы Rк и Rэ задают токи покоя след-им обр-ом: Iкп=(Eк-Uкбп)/Rк; Iэп=(Eэ-Uэбп)/Rэ. Напряжение Еэ берется порядка единиц В. Поэтому Еэ>>Uэбп и Iэ≈Eэ/Rэ и сущ. не изм. при смене тр. и изм. т-ры, что обеспечивает стаб. Iк, т.к. Iк=αIэ+Iкбо, т.е. схема имеет темп. стаб-ть. При подаче на вход напр. пол. полярности, Uэб возр., след. возр. Iэ и Iк. При падении напр. на рез. Rк Uк увел., а пот. кол. отн. общей шины стан. меншим по мод., след. напр. на кол. имеет пол., приращение, т.о. фазы вх. и вых. сигналов совпадают. | Начальный режим схемы, т.е. точки покоя, выбирается по семействам вх-ых и вых-ых хар-тик. Эквивал-ая схема усил-ля с ОБ для области средних частот имеет вид: (в, г). Входное сопр.: Rвх=Rэ||[rЭ+(1-α)] rБ]; Коэф. усил. по току.: Iк=α∙Iэ; KI=Iн/Iвх≈α∙(Rк||Rн)/Rн; KI<<1 Коэф. усилиления по напр.: KU = Uвых/Uвх = α∙(Rк||Rн)/Rвх; KUг = Uвых/Ег = α∙(Rк||Rн)/(Rг+Rвх); при Rг0 KU|ОБ KU|ОЭ Выходное сопр-е каскада.: Вывод: существ. недостаток. - входное сопр. (опред в осн. rЭ) мало – создает знач. нар. для ист. вх. сигнала. Вых. хар-ки каскада ОБ отл. большей линейностью – исп. при необх. получен пов. значений вых. напр., где каскад ОЭ не м/б применен из-за огран-й тр-ра или Нелин-ти хар-к. |
2 9. Дифференциальные усилительные каскады.(ДУК) Существенное умен-ие дрейфа УПТ достигается в параллельно-балансных или диф. усилительных каскадах. Наиболее распространенная схема ДУК имеет вид: ДУК строится в виде сбалансированного моста, 2 плеча кот. образованы резисторами Rк1, Rк2, а 2 других – тр. VT1, VT2. Uвых снимается м/у кол. тр., т.е. с диагонали моста или с кол. отн. общей шины. Элементы VT3, VT4, R1, R2, R3 и ист. напр. Ек2 пред-ет собой источник стабильного тока Iэ. Iэ опр-ет сумму эм. токов Iэ1 и Iэ2, тр. VT1, VT2. Тр. VT4 в диодном включении используется в кач. элем. темп. компенсации. Определим напряж-е м/у точками 1-2. Учтем, что Iб3<<Iэ, поэтому I’3≈Iк=Iэ. Тогда Uбэ3+IэR3=I1R2+Uбэ4. I1=(Eк2-Uбэ4)/(R1+R2)≈Eк2/(R1+R2). Из этого ур-я найдем Iэ: Iэ=[I1R2+(Uбэ4-Uбэ3)]/R3. Вел. произведения I1 на R2 в этом выр-ии >> разности (Uбэ4-Uбэ3), поэтому вел. Iэ опр. в осн. R2, R3, I1. Зависящее от т-ры Uбэ4 и Uбэ3 входят в выр. для Iэ в виде разности, поэтому зав. Iэ от т-ры проявл. незначительно. | Диф. каскад может усиливать сигналы 2-х ист-ков Uвх1 и Uвх2 и одного источника. В посл. случае вх. сигнал подается на базу одного из тр. при заземленной базе другого или непосред-но м/у базами обоих тр-ров, при этом входного диф-го каскада наз-ют дифференциальным. Питание диф-го каскада осущ-ся от 2-х послед-но соединенных источников Ек1 и Ек2 с общим напряж-ем питания = Еп=Ек1+Ек2. Если сопротив-я резисторов Rк1, Rк2 равны, а тр-ры VT1, VT2 идентичны по параметрам, то наступает баланс диф-го каскада, т.е. напряж-е на колл-ах VT1=VT2, а Uвых, снимаемое м/у колл-ми, = нулю. Высокая стабильность вых. пар. диф. каскада при изменении напряж-я пита-ния, темп-ры и др-их факторов обуславливается тем, что при одинаковом дрейфе в обоих усилительных каналах напряжения на кол. изменятся на одну и ту же величину. |
3 2. Использование ОУ для реализации звеньев систем регулирования. Инвертирующий усил-ль – это усил-ль, инвер-ий фазу вых. сигнала отн. входного. Его схема имеет вид. Если принять, что RвхОУ∞, то IвхОУ=0. В этом случае Iвх=Iос; (Uвх-Uо)/R1=-(Uвых-Uо)/Rос (1). Если КU∞, то Uо=Uвых/КU0. В этом случае выр (1) примет вид: Uвх/R1=-Uвых/Rос. Т.о. коэф. усиления по напр. инв. усил. с ОС, равный КU=Uвых/Uвх, опр. пар. внеш. эл. КUинв=-Rос/R1. Если Rос=R1, то КUинв=-1 и получаем повторитель сигнала с его инвертирующей, т.к. U0≈0, то Rвхинв=dUвх/diвх=R1, а Rвых=[RвыхОУ(1+ +Rос/R1)]/КU (4) при Кu∞, то Rвыхи0. Неинвертирующий усил-ль. Схема подключения ОУ имеет вид. Т.к. Uо≈0, то U на входах ОУ будут: U-вх=U+вх, т.е. Uвх=Uвых[R1/(Rос+R1)]. Откуда коэф-т усиления неинв-го усил-ля равен: КUн=1+Rос/R1. При Rос=0 и R1=∞ приходим к схеме повторителя с КUп=1, его схема имеет вид. Rвх неинв. усил. опр. RвхОУ и очень велико, а Rвых0, согл ф-ле (4). Т.к. неинв. усил. предст. собой ОУ охвач. послед ООС по напр., то его Rвх опр-ся по ф-ле: Rвхн=RвхОУ∙КU/КUн. Для повторителя напр. КUп=1 и Rвх повторителя равно: Rвхп=RвхОУ∙КU; Rвыхп=RвыхОУ/КU. | Н еинвертирующий сумматор выполняется на основе неинв. усил-ля. При Uо=0, Uвхи=Uн=R1/(R1+Rос)∙Uвых. При RвхОУ∞, то I+вх=0, ∑v=1nIi=0. Выразим их ч/з напряж-е и сопротив-е: (U1-Uн)/R+(U2-Uн)/R+…+(Un-Uн)/R=0. Отсюда U1+U2+…+Un=nUн=nR1/(r1+Rос)∙Uвых Uвх=(R1+Rос)/nR1∙(U1+U2+…+Un). Обычно R1 и Rос выбирают, чтобы дробь (R1+Rос)/nR1=1. |