Касаткин А.С., Немцов М.В. Курс электротехники (2005) (1021859), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Усилительный каскад с ОС (рис. 10.69), называемый также исгоковыы повторителем, функционально подобен эмиттерному повторителю (рис. 10.65). Козффициент усиления напряжения истокового повторителя Ки = 0,8 + 0,9 близок к единице, выходное сопротивление г = 10+ 50 Ом, а входное сопротивление г = 1 +10 МОм. вх Усилительные каскады с 03 в устройствах промышленной зпектроннки практически не применяются, газ Рис 1О 69 В качестве приемника энергии к ! в ыходу усилительного каскада мо- жег быль подключен тоже усили! тельный каскад.
Их совокупность образует многокаскаднь7й усю7итеаь. В усилителях низких частот, высо. ких частот, а также широкополосных и узкополосных усилителях электрическая связь между каскадами реализуется при помощи конденсаторов, в усилителях постоянного тока — при помощи резисторов или непосредственных связей. В последнем случае любые изменения постоянного напряжения на выходе одного каскада из-за нестабильности параметров транзистора прн действии дестабилизирующих факторов, обычно температуры, влияют на режим работы других каскадов, что приводит к изменению напряжения на выходе лшогокаскадного усилителя даже при отсутствии усиливаемого сигнала.
Это явление называется дрейфозн нуля Лля того чтобы уменыпить дрейф нуля, применяют дифференциальные усилители постоянного тока. 10.10. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ Наиболее распространена схема дифференциального усилительного каскада, называемого также лараллельнобалансным каскадом, на основе моста постоянного тока (рис. 10.70), плечи которого образованы резисторами г, = г и бнполярными транзисторами Г5, и г"57 одного типа, включенными по схеме с ОЭ.
гнг г=иы Рис 1О 70 Для лучшей балансировки моста выбирают транзисторы, помещеннью в одном корпусе, параметры которых отличаются на 1 — 5%. Два источника сигналов включаются в цепи баэ транзисторов, называемые несиммегричными входами, а приемник с сопротивлением нагрузки г — между коллекторами транзисторов (симметричный выход с ~ вых)' Рассмотрим режим покоя каскада, т. е.
при напряжениях и вв1 = и = 0 или коротком замыкании входов. В этом случае напряжевв2 ние (10.33) одинаковое для обоих транзисторов, и поэтому их режимы работы будут различаться мало. В таком каскаде осуществляется стабилизация режима покоя. Если под действием дестабилизирующих факторов, например нагрева, возрастут токи коллекторов /~, , / и змиттеров / , / , то напряжение (/ э уменьшится, эмиттерные переходы Э!п' Э2п' Бзп станут пропускать меньшие токи; в результате токи коллекторов /,, / 2 и напряжение покоя на выходе (10.34) 1/ =г / -г / ввыпп К1 К1п К2 К2п будут стабилизированы.
Стабилизация режима покоя будет тем значительнес, чем бпльше сопротивление цепи змнттеров г . Для этой цели в цепь эмиттеров иногда включают источник тока / =/, + / Из (10.34) видно, что любые одинаковые изменения в одноименных плечах каскада не вызывают изменения напряжения 1/, т.
е. дрейвы в.п' фа нуля. В реальных каскадах нет полной симметрии элементов, однако дрейф напряжения (/вь в дифференциальном усилителе по сравнению с усилительными каскадами на биполярных (см. рис. 10.60) и полевых (см. рис, 10,67) транзисторах снижается на несколько порядков. Дифференциальный усилитель работает в различных режимах. Усиление сигнала одного источника, Источник сигнала подключается симметрично (рис, 10,71, а) или несимметрично (рис. 10.71, б и в) . Заметим, что в схеме па рис.
10,71, б фазы напряжений на выходе уси. лителя ип и сигнала ис совпадают, а в схеме на рис. 10.71, в их фазы противоположны. Соответствующий вход усилителя называется неипвертируюи/им или инвергируюи/им и обозначается на схеме знаками плюс нли минус Основные параметры дифференциального усилителя рассчитываются при помощи его схемы замещения в режиме малого сигнала, например при подключении источника синусоидального сигнала к неинвертнрующему входу (рис.
10.72). Исключая из схемы резистивные элементы 2а9 сн Ряс.!О 71 е,= Рис. 10.72 !/Ьээ и г с большими относительно других реэистивных элементов Э сопротивлениями, получаем; г = 277,, (10.35а) — входное сопротивление; (10.35б) г =2г, аых — выходное сопротивление; 290 и Н и С Г Г вЂ” их и вх С Г + Г иых н Вл нт (10.35в) — коэффициент усиления напряжения источника снп2ала, где К =К =и 7и =й„» 710, их их н.х Вх К (10.35г) Г 1 в„=г „ г Ес =ис Рис 30 23 291 — коэффициент усилений напряженна на входе дифференциального усилителя в режиме холостого хода (г = ) Н Подключение независимых источников сигналов на оба входа.
Различают противофазное и синфазцое включение двух источников сигналов, т. е. с противополпжнымн и одинаковыми полярностями относительно общего узла цепи. При противофазном включении и, > 0 нри и ( 0 на рнс. !0.70 (или наоборот) токи базы и коллектора одного транзистора (Р'5,) возрастают, а другого (Гот) уменьшаются (или наоборот) на такое же значение. Одчовременно на соответствующих транзисторах уменьшаются или увеличиваются (нли наоборот) напряжения на коллекторах, разность которых определяет напряжение на выходе усилителя.
Действие синфазных сигналов равного значения и = и соответ- С! Сэ ствует одинаковому изменению режимов работы транзисторов. При этом изменения напряжения на выходе усилителя с идеальной симметрией плеч по (10.34) не будет. Это особенно важно, так как синфазные сигналы представляют собой обычно различного рода помехи (атмо. сферные, сетевые и т. д.) .
Выражениям (10.35в) и (!035г) соответствует обобщенная схема замещения дифференциального усилителя (рис. 10.73) . Разцелсние входной и выходной цепей отражает наличие источников тока в схеме замещения на рис. 10,72, Знак плюс или минус соответствует поцключеиию источника сигнала к неиивертирующему или ннвертирующему входу усилителя (ключ К в положении 1 или 2), Вместо биполярных транзисторов в дифференциальном усилителе могут применяться полевые транзисторы.
Значения нзрзметрав лнффсрснпиалных усилизелей на биполярных и полевых трзнэнстарзл тгла жс порядка, чта н у каскадов с ОЭ и ОГ соответственна Оснавныс 1засизинствз дифференциальных усилителей — номехоустанчивасть к сннфзэным помехам н малый дрейф нуля — до 1- 1О мкВ('Г, па в 20 100 рзэ меныцс дрейфз нуля в небалансных усилителях наспзяннага така. Па этой причине дифференциальные усилители арнл1сняются, в чзстности, в качестве входных каскадов онерацнаннь1л усн.апслсй постоянного тока, 10.17. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИУЕЛИ Операционные ус1пнтслн (ОУ') представляют собой разновидность усилителей постоянного тоха с верхней границей амплитудно-частотной характеристики уз = 1О' — 10' Гц (см.
рис. 10.59, а). Свое название «операционные» усилители этого типа получили от первоначальной области их преимущественного применения для выполненля математических операдий над аналоговыми величинами (сложение, вычитание, интегрирование и т. д.). В настояшсс время ОУ применяются цри создании электронных устройств сзмаго различнаго функционэльнога назначения (стабилизация напряжения, генерация сигнзлав различной формы и т д.). Операционные усилители чзста вынолняют многакэскздными с нснасредствснными свят»ми, кагарыс салсржп несколько десятков транзисторов Пз входе ОУ вкшачзсзси диффсренцию1ьный усилительный каскад лля уменьшения дреифз нуля, ютсм — прамсжуточныс усюи1- тельные каскады иля шзлучсння нсабхалнмага усиления и нз выходе— повторитель нанряжсння лля уличи,шсння выходного санративления, Разработка ОУ вЂ” сложная нраблсмз.
Оливка эта нс затрудняет нх практического арнлюнсння ззк кэк и нзсн2»шее время ани иэгашвляются в виде интас(хь~ьны микрос,см Подобно схеме эзлкшсння,пн)~фс)зсни1зэльнага усилителя (см. рис. 10.73) входную н вы.алную испи ОУ в режиме мзз1опз сипилз удобно представить слсмзмн змсшсння нз рис.
10.74, где (л' «л = 1О е 1Оз — энзчсннс каэффнлнснп усиления нзнряжсаня нз входе ОУ в режиме холасза1а лши, ~ -1О' — '107 Ом и г =!0»500м— » л «мл гч Р«. ~а 24 292 иг а) б) Рис, ! 0.76 Рис. Ю.75 входное и выходное сопротивления ОУ. Узел с нулевым потенциалом в схеме замещения выходной цепи ОУ соответствует средней точке цепи питания.
На рис. 10.75, а, 6 приведены условные изображения ОУ. Усилительные свойства ОУ определяют его амплитудные характери. стики по инвертируюшему и неинвертируюшему входам при разомкнутой цепи нагрузки (кривые 1 и 2 на рис. 10.76, а). Для пшового значения ЭДС источника питания Е = 10 В насьпцение транзистора повторите. ля напряжения выходного каскада произойдет при и х м Е(К„„= = а (0,1 + 1) мВ.
Дальнейшее увеличение напряжения и „не вызывает изменения напряжения на выходе. Пренебрегая малым значением напряжения насыщения и „„, вве. дем понятие идеального ОУ, у которого коэффициент усиления напряжения в режиме холостого хода и входное сопротивление имеют беско. печно большие значения, т, е. К -+ и г, Это равносильно тому, их вх что напряжение и ток на входе идеального ОУ в режиме усиления сигналов равны нулю (10.36) и =и /К =0; их вых их а его амплитудные характеристики по инвертируюшему и неинвертирующему входам имеют вид ломаных линий 1 и 2 на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
