М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 35
Текст из файла (страница 35)
! О. дифференциальный усилитель с симметричным выходом. Сигнал с симметричного выхода дифференциального усилителя можно подать на вход второго дифференциального каскада, у которого выходное напряжение уже снимается относительно земли; у такой конструкции ослабление синфазного сигнала очень велико и в то же время имеется удобный несимметричный выход.
Для еше большего ослабления синфазного сигнала обычно применяют отрицательную обратную связь. Поскольку в схеме с симметричным выходом сигналы на коллекторах транзисторов склалываются, коэффициент усиления в этом случае вдвое больше, чем в схеме с выходом относительно земли, то есть Усилители в интегральном исполнении 191 Аго м — = — я Р~ (так как Р = Я), кмя! ам)~2 2 2 1 где я — = 201, гле 1 — суммарный ток эмиттеров.
401г Т' т Поэтому (8.12) Ага» 201гни а.4. 5 Усилитель, управляемый напрялеением Интересно отметить, что коэффициент усиления дифференциального усилителя прямо пропорционален суммарному току эмиттеров 1 . Но кроме того, в схеме с симметричным выходом колебания суммарного тока эмиттеров не приводят к возникновению выходного сигнала, как это имеет место при несимметричном выходе; результирующие изменения напряжения покоя на коллекторах одинаковы у обоих транзисторов. Следовательно, в дифференциальном усилителе можно управлять коэффициентом усиления напряжения, изменяя суммарный ток эмиттеров дифференциальной пары.
Если 1 „и г, — напряжения входного и выходного сигналов в дифференциальном усилителе с симметричным выходом, то гьы 201'1(1г ~~1 г Пусть теперь второй входной сигнал г„подается на базу транзистора, используемого в схеме генератора стабильного тока в эмиттерной цепи, с целью управления током 1; тогда сигнал на выходе усилителя будет пропорционален произведению г,„и г„. По этому принципу действует аналоговый перемножитель с изменяемой крутизной, одна из бесценных базовых схем (схема Гилберта), применяемая в интегральных усилителях, управляемых напряжением (Чо!гале Сопгго!!ед АтпрЫег, ЧСА), и в модуляторах. Схемы с перемножителями рассматриваются в параграфе 11.19.
8.5 Усилители в интегральном исполнении В идеальном дифференциальном усилителе пара идентичных транзисторов находится в тесном тепловом контакте, так что они остаются в точности одинаковыми во всем рабочем диапазоне температур. Кроме того, необходимо, чтобы суммарный ток эмиттеров не зависел от температуры, для чего в генераторе стабильного тока должна быть применена температурная компенсация напряжения на базе транзистора.
Эти требования успешно удовлетворяются в интегральной микросхеме, где все компоненты, будучи раз- 192 Нцзкочасвотные еигнплы, посгиоянный ьиок и диггх)аеренциольный усилитель мешены на одном кристалле, оказываются в тесном тепловом контакте. В основе производства интегральных микросхем лежит процедура фотолитографирования. Транзисторы, резисторы и диоды образуются из р- и и- слоев, создаваемых посредством диффузии, для управления которой применяются различные маски. Хотя сами процессы диффузии содержат элемент случайности, в результате чего параметры одной части схемы слегка отличаются от параметров другой части, все же в пределах одного кристалла нетрудно создавать попарно согласованные транзисторы и резисторы, что как раз и обеспечивается применением идентичных масок.
В интегральной микросхеме невозможно создать разделительные конденсаторы емкостью больше нескольких десятков пикофарад; поэтому схемы разрабатываются, как правило, в виде усилителей постоянного тока. Стандартным входным каскадом у интегральной микросхемы является дифференциальный усилитель, поскольку он гарантирует малый дрейф и обеспечивает наличие инвертируюшего и неинвертируюшего входов. В большинстве интегральных микросхем в качестве выходных каскадов применяется эмиттерный повторитель того или иного вида, благодаря чему выходное сопротивление оказывается малым.
На рис. 8.11 показано внутреннее устройство интегрального усилителя. Схема начинается с непременного дифференциального каскада (на транзисторах Т, иТ, ), затем включает в себя усилитель напряжения (на транзисторе Т, ) и в качестве выходного каскада имеет эмиттерный повторитель на комплементарных транзисторах (Т, и 7; ), работаюший в режиме АВ, Диоды 2), и )), обеспечивают смешение выходных транзистороа, достаточное для того, чтобы минимизировать искажения типа «ступеньки» (см. параграф 5. 17). Ин« ««Ч ов Рис. 8.11. Схематическое изображение типичного интегрального усилителя. Электронный термометр 193 Рассматривая схемы интегральных усилителей, предоставляемые производителями, иногда может оказаться затруднительным увидеть даже приблизительное сходство со схемой, приведенной на рис.
8.11. Это происходит не из-за принципиальных различий, а потому, что самыми дешевыми компонентами из всех — с точки зрения изготовления внутри интегральной микросхемы — являются транзисторы; когда можно в какой-либо части схемы использовать транзистор вместо резистора, то так и поступают. Кроме того, иногда при созлании методами диффузии различных транзисторов на одной кремниевой подложке расположенные рядом слои с примесями образуют нежелательные «паразитные» транзисторы, и бывает необходимо либо намеренно включить зти транзисторы в схему, либо свести нх влияние к минимуму.
Результатом таких конструктивных ограничений иногда является то, что схему трудно интерпретировать на том языке, каким принято описывать ее эквивалент из дискретных компонентов. Однако читатель может быть уверен, что большинство интегральных усилителей ведет себя так, как если бы они выглядели наподобие схемы, показанной на рис. 8.11. 8.6 Электронный термометр Из термопары и интегрального усилителя можно собрать очень удобный электронный термометр; его схема приведена на рис. 8.12. Используется интегральный операционный усилитель типа 741 с дифференциальным входом; на инвертируюший вход подается сигнал отрицательной обратной связи, а входной сигнал подключается к неинвертируюшему входу.
Коэффициент усиления напряжения всего усилителя равен — 1/,О, что в данном случае равно — (Яг+ Я, )/ Яг Таким образом величина б при указанных сопротивлениях резисторов примерно равна -1/100, а коэффициент усиления напряжения приблизительно равен 100; его можно повысить вплоть до величины порялка 10000, увеличивая значение Я . Сама термопара может быть образована соединенными между собой проволочками фактически из любых двух разнородных металлов. Большой по величине выходной сигнал дают медь и константан; медь и железо также годятся.
Важно отметить, что у термопары неизбежно имеются два контакта, отмеченные на рис. 8.12: один из них обведен кружком, а другой находится в точке Х, где проволочка из константана другим своим концом включается в цепь. Электрический сигнал на выходе термопары зависит от разности температур этих двух контактов. Таким образом, если нагреть пальцами один из контактов, то прибор измерит разность между температурой тела и температурой в комнате. Для абсолютного измерения температуры второй контакт в точке Х следует поллержнвать при постоянной температуре, например, при 0'С, что достигается погружением в таюший лед. Тогда можно будет откалибровать электронный термометр по термометру, точность которого известна. Коррекция напряжения смешения в схеме типа 741 осушествляется не- 13 З»н. аття 194 Низкочастотные сивиллы, постоянный ток и дифференциальный усилитель Мссн ерово.
Тсрмоп Конотоп врововоч вв ! ° Рис. 8.! 2. Простой злекгрониый термометр. посредственно, так как внутри микросхемы приняты меры, позволяющие устанавливать нуль смешения резистором )с йй им можно установить нуль на выходе, когда оба контакта находятся при одной и той же температуре. Обратите внимание: усилитель не будет функционировать с разомкнутым входом — то есть в случае, когда термопара не присоединена, — так как при этом на входе нет цепи, по которой мог бы течь ток смешения у одной из половин дифференциального усилителя. Этот вопрос рассматривается позднее в разделе 11.2.2.
8.7 Подавление помех с помощью дифференциального усилителя До сих пор мы делали упор на том свойстве дифференциального усилителя, которое позволяет минимизировать дрейф по постоянному току. Мы видели, что это свойство является следствием того, что усиливается только разность потенциалов на входах усилителя, а любой сигнал, общий для обоих входов, ослабляется. Это подавление синфазного сигнала может быть очень полезным для ослабления фона и помех, которые наводятся на соединительных проводах между источником сигнала и усилителем.
Один из примеров — это электрокардиограф 1э.к.г.), применяемый в медицине для регистрации электрических импульсов, возникающих при Подавление помех с помощью дифференциального усилигпеля 195 работе сердца. Чтобы уловить эти импульсы, требуется разместить электроды на теле пациента. Но любой, кому довелось когда-либо коснуться пальцем входа аудиоусилителя или осциллографа, знает, что на теле человека наводятся 50-герцный переменный сигнал от сети, а также разного рода помехи от бытовых электрических приборов. Вот почему следует ожидать, что совсем маленькие сигналы, идущие от сердца, величиной всего лишь в несколько милливольт, утонули бы в этом фоне и наведенных помехах. Дифференциальный усилитель позволяет решить эту проблему.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
