Шамшин В.Г. Основы схемотехники (2008) (1151958), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Данное включение каскада носит название инвертирующего. Если выходное напряжение будет сниматься с коллектора второго транзистора, тофазы выходного и входного сигналов будут совпадать, и такое включениекаскада носит название неинвертирующего. Это определено тем, что второеплечо включено по схеме с общей базой, а такое включение характеризуетсясовпадением фаз выходного и входного сигналов.При поступлении дифференциального входного UВХ=UВХ1–UВХ2 междубазами транзисторов появляется разность потенциалов, которая приведет кувеличению тока базы транзистора VТ1 и уменьшению тока базы транзистора VТ2.
Соответственно ток его коллектора транзистора VТ1 (IК1=IК0·DIK), токколлектора транзистора VT2 уменьшится (IК2=IК0 – DIK), что приведет к изменению потенциалов коллекторов Uк1= UК0 – DIКRK и Uк2= UК0 + DIК·RK ипоявится дифференциальный выходной сигнал UВЫХ = Uк1 – Uк2 = 2DIК·RK.Аналогичные процессы будут протекать при подаче входного сигнала на любую базу. При этом только необходимо иметь в виду, что управлять работойвторого транзистора будет напряжение Uэ = DIК·Rэ. Наличие в цепях эмиттеров резистора Rэ не приводит к появлению отрицательной обратной связи,92так как изменение токов эмиттеров транзисторов происходит с разными знаками и суммарный ток эмиттера равен нулю.Подача синфазного сигнала при полной симметрии плеч каскада приводит к одновременному изменению токов и потенциалов обоих транзисторов, в результате чего UВЫХ = Uк1– Uк2 = 0.
Однако из-за различия параметровтранзисторов изменение токов транзисторов и соответственно потенциаловколлекторов будут неодинаковы, что приведет к определенному значениювыходного синфазного напряжения (дрейфу нуля). Уменьшение уровня синфазного выходного напряжения обеспечивается действием ООС, возникающей на резисторе Rэ, так как при синфазном входном сигнале изменения токов транзисторов происходят с одинаковыми знаками.Каждое включение характеризуется своим значением коэффициентаусиления. Принимая следующие первоначальные условияUвх = Uб1 + Uэ,Iк1=h21·Uб1/h11=S·Uб1,Iк2=h21·Uэ/h11=S·Uэ,Uэ = (Iк1 + Iк2) ·Rэ =S × Rэ× U б1 ,1 + SRэ(7.2)Uк1 =Iк1·Rк и Uк2 =Iк2·Rк ,U б1 =1 + 2SRэ,1 + SRэнаходятся значения всех коэффициентов усиления.Инвертирующий коэффициент усиленияКи =1 + SRэU к1= - SRк ×.1 + 2SRэU вх(7.3)Неинвертирующий коэффициент усиленияКн =U к2SRэ= SRк ×.!+2SRэU вх(7.4)Дифференциальный коэффициент усиленияКд =U к 2 - U к1= К и + К н = S × Rк .U вх93(7.5)Синфазный коэффициент усиленияК cф = К н - К и =S × Rк.1+ 2SRэ(7.6)Наличие конечного значения синфазного коэффициента усиления говорит о том, что каскад усиливает сигнал дрейфа (синфазный сигнал).
Поэтому эффективность работы каскада по уменьшению приведенного дрейфануля оценивается специальным коэффициентом, называемый коэффициентом подавления синфазного сигнала, который показывает, во сколько раз коэффициент усиления дифференциального входного сигнала, приложенногомежду входами каскада, больше коэффициента усиления синфазных сигналов, действующих между каждым входом и общей шиной (землей)q=Кд= 1 + 2 S × Rэ .К сф(7.7)Из последнего соотношения видно, что величина коэффициента подавления главным образом зависит от сопротивления резистора Rэ. Однако увеличение сопротивление этого резистора требует увеличение напряжения питания или изменения режима работы транзисторов, так как должно выполняться соотношение Uк0 + Iк0·Rк + 2Iэ0·Rэ= Eо.Для значительного увеличения коэффициента подавления синфазногосигнала применяются различные способы.
Простейшим способом являетсяпитание каскада от двух источников питания, что позволяет увеличить сопротивление резистора в цепи эмиттера до значения Rэ= Ео2/2Iко. В этом случае напряжение питания Ео1 распределяется только на транзистор и сопротивление в цепи коллектора Rк, в результате чего потенциалы эмиттеров равны нулю.а)б)Рис. 7.3. Дифференциальные каскады с повышеннымкоэффициентом подавления синфазного сигнала94Более значительное увеличение сопротивления в цепи эмиттера достигается заменой статического резистора динамическим сопротивлением (рис.7.3,а).
В этой схеме роль сопротивления в цепи эмиттера выполняет динамическое сопротивление дополнительного транзистора VT3.В современных высококачественных дифференциальных каскадах рольсопротивления в цепи эмиттера выполняют различные схемы генераторовстабильного тока (ГСТ), обладающих свойством поддержания тока нагрузкина заданном уровне и поэтому обладающими высоким динамическим внутренним сопротивлением (рис. 7.3, б).На рис.7.4 приведены основные схемы генераторов стабильного тока,нашедшие применение в интегральной электронике.а)б)в)г)Рис.
7.4. Схемы генераторов стабильного токаПринцип работы схемы на рис. 7.4, а заключается в стабилизации напряжения базы транзистора с помощью параметрического стабилизатора,состоящего из стабилитрона и последовательно включенного с ним балластного резистора. Постоянство напряжения на базе обеспечивает стабильность коллекторного тока и соответственно ток нагрузки, т.к. Iн=(Uст- Uбэ)/R.Для схемы рис.7.4, б при использовании транзисторов с одинаковымипараметрами справедливы соотношенияIб1= Iб2= Iб и Iк1=I к2= B ·IбIвх= Iк1 + 2Iб и Iн= B·Iб,(7.8)Iн= B·Iвх/(B+2) @ Iвх.Таким образом, выходной ток схемы почти повторяет входной, почемуэта схема и называется токовым зеркалом. Еще большая стабильность достигается введением в цепи эмиттеров резисторов (рис.7.4, в).95В схеме рис.7, г по сравнению с первой схемой вместо стабилитронаиспользуется прямо смещенный р-n переход транзистора VT2 в диодномвключении. Динамическое выходное сопротивление такого ГСТ Rдин= В· rкэ.Входное сопротивление каскада по дифференциальному сигналу определяется входным сопротивлением транзистора h11э, включенного по схеме собщим эмиттером, с учетом сопротивлений цепи смещения, а входное сопротивление по синфазному сигналу определяется также входным сопротивлением h11э с учетом действия отрицательной обратной связиRвх,сф= h11э · (1+ 2SRэ).(7.9)Выходные сопротивления каскада в дифференциальном и синфазномвключении соответственно равны:Rвыхдф = Rк,Rвыхсф =1.h22 × (1 + 2SRэ)(7.10).Вопросы для самопроверки1.
Какой усилитель относится к усилителю постоянного тока?2. Какие возникают сложности в реализации УПТ?3. Объяснить понятие дрейфа нуля и причины его возникновения.4. Пояснить методы уменьшения дрейфа нуля.5. Объяснить особенности построения дифференциального каскада.6. Привести способы подачи входного сигнала в дифференциальномкаскаде и способы снятия выходного.7. Привести основные параметры дифференциального каскада.8. Объяснить методы подавления синфазного сигнала в дифференциальных каскадах.968. Операционные усилителиОперационным усилителем (ОУ) называется усилитель постоянноготока с большим собственным коэффициентом усиления, имеющий дифференциальный вход и несимметричный выход.
Один из его входов являетсяинвертирующим, поскольку при подаче на него входного сигнала выходнойсовпадает с входным по фазе, а второй – неинвертирующим (выходной сигнал имеет противоположную фазу входному).Свое название операционные усилители получили из-за того, что первоначально применялись для выполнения математических операций надэлектрическими сигналами.Операционный усилитель — многокаскадныйусилитель постоянного тока с большими коэффициентом усиления и входным сопротивлением, дифференциальным входом и несимметричным выходом с малым выходным сопротивлением, предназначенный для работы вустройствах с глубокой отрицательной обратной связью.Операционный усилитель, выполненный в виде интегральной микросхемы, в общем случае состоит из трех блоков (рис.8.1): дифференциальноговходного каскада (ДФК), блока каскадов промежуточных усиления (ПУ) иоконечного каскада (ОК).Рис.8.1.
Блок-схема операционного усилителяДифференциальный каскад обеспечивает возможность подачи входныхсигналов по дифференциальному принципу, подавление синфазного сигнала,некоторое усиление входного сигнала и высокое входное сопротивление. Взависимости от используемого входа (инвертирующего или не инвертирующего) обеспечивается возможность получить выходной сигнал в фазе с входным сигналом или сдвинутым на 180°. Промежуточные каскады обеспечивают основное усиление по напряжению.
В качестве промежуточных каскадов используют дифференциальные или однополюсные каскады. Оконечныйкаскад предназначен для согласования ОУ с нагрузкой, для чего он обеспечивает малое выходное сопротивление и необходимую мощность. Выполняются оконечные каскады по схеме бестрансформаторного усилителя мощности или эмиттерного повторителя.97Варианты обозначения операционных усилителей на принципиальныхсхемах представлены на рис.
8.2.Рис. 8.2. Условные графические обозначения ОУЛюбой ОУ, как правило, имеет шесть выводов: два входных (инвертирующий U‾вх и неинвертирующий U+вх), два вывода для подключения источников питания ±Ео и один выходной вывод Uвых, а также вывод для подсоединения к общей шине (земле). Кроме основных имеются дополнительные выводы, к которым подключаются цепи балансировки входного каскадапо постоянному току, цепи коррекции АЧХ.8.1. Параметры, характеристики, эквивалентная схема ОУОперационный усилитель характеризуется усилительными, энергетическими, частотными и погрешностными параметрами, основными из которых являются:- входные и выходные, к которым относятся входное и выходное сопротивления, входные токи (токи смещения, сдвига) I‾вх и I+вх входногодифференциального каскада, а также разность входных токов ∆Iвх = I‾вх – I+вх(ток сдвига).
Входные сопротивления в зависимости от способа подключениявходного сигнала подразделяются на дифференциальное Rвхдф и синфазноеRвхсф. Входное дифференциальное сопротивление – это полное входное сопротивление со стороны любого входа при заземленном другом входе. Синфазное входное сопротивление характеризует изменение среднего входноготока при приложении к входам синфазного напряжения;- к усилительным относятся: максимальное значение выходного напряжения U±max, дифференциальный коэффициент усиления Кд, нагрузочнаяспособность (максимальный выходной ток). Выходной ток определяется токами нагрузки и цепи обратной связи Iвых=Iос+ IН» IН. Сопротивление нагрузки RН должно быть таким, чтобы величина выходного тока IВЫХ не превышала допустимого значения для данного ОУ:- энергетические – напряжение питания ±Ео, потребляемый ток Iо;- частотные – предельная частота усиления Ft, на которой собственныйкоэффициент усиления равен единице, скорость нарастания выходного сигнала (V = dUвых /dt).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
