Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Ваша)сацФ А. Саун)сшас), Ор-Атрз апд Е)пеаг 1п$еяга$ед С1гсц)Фа, РгепНсе-НаП оГ 1пс))а РуФ. Ьгс). (1997). Вопросы 13.1. Что такое дифференциальный усилитель? 13.2. Чем структура дифференциального усилителя отличается, скажем, от усилителя с ВС-связью? 13.3.
Назовите четыре различных конфигурации дифференциальных усияителей. 13.4. Почему важно, чтобы у дифференциального усилителя была близкая к со- вершенной симметрия? Объясните, почему один вход дифференциального усилителя инвертиру- ющий, а другой — неинвертирующий? 13.5. Коэффициент усиления дифференциального усилителя с несимметрич- ным выходом равен половине коэффициента усиления усилителя с сим- метричным выходом.
Объясните. 13.6. 13.7. Чем вызваны входной ток смещения н выходное напряжение смещения? Чему равны их значения в идеальном ОУ? Входной импеданс дифференциальных усилителей намного больше, чем у обычных усилителей с ОЭ. Почему? Объясните. 13.8. Чем параметры дифференциальных усилителей на полевых транзисторах отличаются от параметров дифференциальных усилителей на биполяр- ных транзисторах? 13.9. 13.10. Нарисуйте схему дифференциального усилителя на полевых транзисторах. 13.11. В чем значение стабильного эмиттерного (нли истокового) тока в дифференциальном усилителе? 13.12.
Нарисуйте схему смещения стабильным током с применением транзистора. 13.13. Нарисуйте схему смещения стабильным током с диодной компенсацией изменений Ънк. Объясните принцип работы. 13.14. Нарисуйте схему смещения стабильным током с использованием стабилитрона. Объясните принцип работы. 13.15. Дайте определение коэффициенту ослабления синфззного сигнала (Л ОСС).
Если ЛОСС равен 80 дБ, что это значит? 13.18. Что такое напряжения насыщения операционного усилителя? 13.16. Что такое скорость нарастания выходного сигнала? Каково ее значение? 13.17. Какие характеристики у идеального ОУ? ( 380 Глава 18. Ди4ференциалъные и операционные усилители 13.19. Какой тип смещения применяется в ОУ? Обоснуйте выбор.
13.20. Что подразумевалось под коэффициентом усиления с разомкнутой петлей ОС и коэффициентом усиления с замкнутой петлей ОС? Задачи 13.1. Вычисли~в постоянный ток змиттера каждого транзистора в дифференциальном усилителе на рис. 13.31. Чему равно постоянное напряжение на каждом коллекторе по отношению к земле? Чему равно Рвт? Параметры схемы: рсс = +10 В, Ъкн = — 10 В, Ян = 10 кОм, Вс = 6 кОм, Принять евн = О. Ответ: ?л 0,5 мА, 5с1 = $'св = 7 В, Р е=ьш — Рсв=0В.
13.2. Найти входной импеданс Яе1 (или Лез) идеального дифференциального усилителя на рис. 13.32. Коэффициент усиления по току )едал (= Д) каждого транзистора равен 100. Ответ: 3о = 3ев = 100 кОм. +вес рее Рис. 13.31. 13.3. В схеме дифференциального усилителя (рис.
13.31) с симметричным входом и симметричным выходом Лс = 3,3 кОм, Вв = 4,7 кОм, В~1 = = Вяз = 75 Ом, Ъсс = 12 В, Ънн = — 12 В, каждый транзистор с В = 100 и 1'вн = 0 7 В. а) Найти 1сс и ренам. б) Определить коэффициент усиления по напряжению. в) Определить входной и выходной импедансы. Ответ: а) ?со = 1,1 мА, 1'сло = 9,04 В; б) Ав = 14б,б; в) Я» = 4,5 кОм, Яв = 3,3 кОм 3 д ЗВ~) Рис.
13.32. 13.4. Решить задачу 13.3 для а) дифференциального усилителя с симметричным входом и несимметричным выходом; б) дифференциального усилителя с несимметричным входом и симметричным выходом. Отаветпт а) Хсс = 1,1 мА, Ъсяс = 9,04 В, Ае = 73,3, Яд = 4,5 кОм, Я, = З,З кОм; 6) 1со = 1,1 мА, 1тсво = 9,04 В, Ав = 146,6, Яд = 4,5 кОм, Я, = З,З кОм. 13.5. В усилителе на рис. 13.33 выходное напряжение близко к нулю, когда движок потенциометра р находится посередине. Найти приблизительное значение коэффициента усиления по напряжению.
Принять ттяя = О. Отаветат А, = 400. 13.6. Найти у дифференциального усилителя с симметричным входом и симметричным выходом (рис. 13.31) сопротивления резисторов Вс и Вя, чтобы входной импедзнс был 50 кОм, а выходной импеданс был 5 кОм. Чему равен коэффициент усиления по напряжению, если р каждого транзистора равен 100. В схеме Ъсс = +10 В, — )тяя = — 10 В. Отаветпт Вс = 5 кОм, Вл = 465 кОм, А„= 20. 13.7. На рис. 13.34 транзистор Яз образует схему стабильного тока в дифференциальном усилителе. Чему равен суммарный ток эмиттеров 1т? Чему равны токи эмиттера каждого иэ транзисторов Ят и Оэ? Принять, что у каждого транзистора давя = 0,7 В.
Отпветпт 1г = 1 мА, 1я = (1/2) 1т = 500 мкА. ~~~382 Глава 1о. Дифференциальные и операционные рсилцтяели +го в -20 В Рис. 13.33 -5 В Рис. 13.34 Стабилитрон в схеме дифференциального усилителя на полевых транзисторах (рис. 13.35) имеет следующие параметры: Ъд = 5,4 В Хит = 55 мА; а) определить сопротивление резистора Вз, чтобы стабилитрон работал в режиме обратного пробоя; б) определить сопротивление резистора Вя, чтобы ток змиттера транзистора Яз был 2 мА. 13.8. Ответа: а) Яз те 70 Ом; б) Гтя = 2,4 кОм.
мя МОм иее Рис. 13.35. 13.9. В схеме дифференциального усилителя (рис. 13.35) у полевого транзистора ут = 8000 мкСм. Определить: а) коэффициент усиления по напряжению.; б) входной импеданс каждого входа. Ответ: а) Ав = 32; б) Яп = Уев = Ло = 1,5 МОм. 13.10. Имеются два набора входных сигналов дифференциального усилителя. Первый набор: ее1 = +75 мкВ и вез = — 25 мкВ. Второй набор: ео = = 1100 мкВ и еы = 1000 мкВ. Вычислить, на сколько процентов отличаются выходные напряжения, выдаваемые усилителем на эти два набора сигналов, если а) КОСС = 40 дБ; б) КОСС = 80 дБ Ответе а) 10%; б) 1 7в.
13.11. Скорость нарастания выходного сигнала ОУ 0,5 В/мкс. Если пиковое значение выходного напряжения 15 В, при какой максимальной частоте выходной сигнал не будет искажен? Ответ: 5,3 кГц. ГЛАВА ! 4 ПРИМЕНЕНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ Операционный усилитель — недорогой, но универсальный прибор. Чтобы описать все его применения, не хватит места и в нескольких книгах. Число разных типов ОУ так велико, что можно найти прибор, отвечающий требованиям почти любой схемы. В этой главе обсуждаются некоторые общие схемы, в которых применяются ОУ, и основные принципы их применения. Тены, рассмотренные в этой главе: ОУ в качестве компараторов; триггер Шмита; неинвертирующий, инвертирующий и дифференциальный усилители; суммирующие, масштабирующие и усредняющие усилители; интеграторы и дифференциаторы; активные фильтры. 14.1. Компараторы Операционные усилители, применяющиеся с открытой петлей обратной связи (т.
е. без обратной связи), для простоты часто классифицируются как компараторы. Компаратор сравнивает напряжение на одном входном контакте е, с известным напряжением е„,п называемым опорным, поданным на другой вход. На рис. 14.1 изображены инвертирующий и неинвертирующий компараторы, е, и е~,у — аналоговые входные напряжения, а е„— цифровое выходное напряжение (принимающее только два дискретных состояния — высокое или низкое). Выходное напряжение может равняться положительному напряжению насьпцения (+ржи) или отрицательному напряжению насыщения ( — рзм) в зависимости от того, какое входное напряжение больше по абсолютному значению. При е, ) е,.,у е, = — Р;ы~ Ц.1. Компараторы 385 а при ев ( осе) ев = + ув м если рассматриваем инвертирующий компара- тор (рис.
14.2). Ьм уел б) а) Рис. 14.1. Инвертирующий компаратор (а); неинвертируюпщй компаратор (О) Рис. 14чь Идеальная переда- точная характеристика ком- паратора Компараторы широко применяются в формирователях сигнала, триггерах Шмитта, детекторах уровня напряжения, генераторах и в схемах цифровых интерфейсов. Детеитпор перехода через нуль Одно из применений компаратора.— детектор перехода через нуль, иногда называемьй преобразователем синусоидального сигнала в прямоугольный. Компаратор можно применить в этом режиме, если установить опор- +усе ное напряжение равным нулю, т.е. В осе) = О.
Инвертирующии компара тор в режиме детектора перехода че- в 'Ъ о, ол 141 рез нуль изображен на рис. 14.3. Дия, оДы Р1 и Вз заЩиЩают ОУ от Раз- В жив О рушения при болыпих значениях оь рее Так как на диодах падает напряжение 0,7 В, то разность входных напря- Рис. 14.В. Инвертируюппви компаратор в режиме детектора перехода через жений ом фиксируется (ограничиваются) на уровне 0,7 В или — 0,7 В. Поэтому диоды называются фиксирующими или ограничивающими. Резистор В, включенный последовательно с о; ограничивает ток через диоды. Другой резистор В у неинвертирующего входа балансирует несовпадение импедансов и устраняет напряжение смещения.
На рис. 14.4 изображены типичные формы входного и выходного напряжения. вв ~~~386 Глава Ц. Применение операционных усилителей Рис. 14.4. Типичные формы входного и выходного напряжения детектора перехода через нуль вр ! ! ! ! ! Пример 14.1. Постоянные напряжения иа входах дифференциального усилителя оп = 1,1 В и оаа = 1,0 В. Определить выходное напряжение ц,. Коэффициент усиления ОУ с открытой петлей А = 2 х 10в. Максимально возможный размах напряжения на выходе ОУ ~14 В. Решение. Разность сигналов ол равна оа = (1,1  — 1,0 В) = 0,1 В и о„= А хил = = 200000 х 0,1 В = 20000 В. Но максимальное выходное напряжение не может превышать максимальный размах выходного напряжения ОУ.
Следовательно, о,=+14В Тригеер Шмитта Триггер Шмитта сравнивает периодические нли непериодические колебания с опорным сигналом и преобразует их в прямоугольные импульсы. Триггером Шмитта называется инвертирующий компаратор с положительной обратной связью (рис. 14.5). Здесь к инвертирующему входу подключено входное напряжение сь а к неинвертирующему входу — делитель напряжения.
Резистор Вз обеспечивает обратную связь. Входное напряжение св переключает состояние выходного напряжение ео в моменты, когда входное напряжение о; превышает уровни, называемые верхним пороговым напряжением ~/)и и нижним пороговым напряжением Рхл (рис. 14.6). Напряжение на резисторе А~ — это напряжение обратной связи, приложенное к неинвертирующему входу, но оно меняется в зависимости от величины и амплитуды выходного напряжения ио.
Когда го = +'кввь напряжение на В~ равно верхнему пороговому напряжению Ъпь Пере. ключение выходного напряжения от +К,а~ к — ~,а~ случится сразу, ка" только входное напряжение станет чуть положительнее Ъд~ (рис. 14.7, а). Ц.1. Комппрапторы 38~~7) Из свойства делителя напряжения следует П1 1'н1 = „1 1 (+Ъ: ). (~1+ 2) ) (14.1) р» о еп ва +рви о -Уем Рис. 14.6. Формы входного и выходно- го напряжений триггера Шмитта Рис. 14.5. Триггер Шмитта АНаЛОГИЧНО, КОГДа По = — $;оы НаПРЯжЕНИЕ На В1 РаВНО НИЖНЕМУ ПОРоговомУ ыапРЯжеыию Ъщ. ВыхоДыое ыапРЯжеыие пеРеключитсЯ от — 1'з 1 к +У, 1, как только п1 станет чуть отрицательнее рье (рис. 14.7, б).
Вкы ражение для $'и следующее: рь1 — й ( рза1) ° 1+ы2! (14.2) Рис. 14.7. Изменение состояния выхода при о; ) Ую (о). Из- менение состояния выхода при и< еы(6) а) Если установить пороговое напряжение больше, чем напряжение шумов ыа входе, то положительная обратная связь устранит ложные срабатывания компаратора от воздействия шумов. Положительная обратная связь из-за присущей ей регеыеративыости ускоряет переключение схемы. Для минимизации напряжения смещения, можно последовательно с п1 включить резистор Л (= В1~ ~712). [ 388 Глава Ц. Лрииененне операционных рснлнтпелей Триггер Шмитта демонстрирует гистерезис [или состояние мертвой зоны), образованный положительной обратной связью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
