Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 68
Текст из файла (страница 68)
В самом общем смысле под сигналом понимают некоторое физическое явление, несущее информацию о каком-либо событии. В радиоэлектронике сигналы, как правило, представлены в виде электрических колебаний, параметры которых (амплитуда, частота, фаза тока или напряжения) однозначно связаны с каким-либо параметром конкретного физического процесса (громкостью речи или музыки, яркостью отдельных точек изображения и т. д.). К числу наиболее часто применяемых функциональных преобразований аналоговых сигналов относится усиление электрических колебаний, в результате которого на выходе устройства, называемого усилителем, получают колебания, мощность которых превышает мощность, подводимую к входу усилителя. Усиление происходит за счет того, что схема усилителя содержит источник энергии, обычно называемый источником питания, и активный усилительный элемент, обычно транзистор, с помощью которого энергия источника питания преобразуется в энергию электрических колебаний необходимой мощности.
Помимо усиления электрических колебаний аналоговые интегральные микросхемы применяют для перемножения аналоговых сигналов, изменения их спектрального состава и т. д. Схемотехника аналоговых интегральных микросхем характеризуется рядом особенностей; а для повышения коэффициента усиления напряжения широко применяют каскады с динамической нагрузкой и составные транзисторы; и для стабилизации режима работы широко применяют обратные связи и генераторы стабильного тока; а в аналоговых интегральных микросхемах избегают применения разделительных конденсаторов и катушек индуктивности; при необходимости используют дополнительные внешние дискретные компоненты; Збэ 7.1. Каскады с динамической нагрузкой о для обеспечения необходимого режима работы по постоянному току применяют схемы сдвига потенциала; ш во многих случаях аналоговые интегральные микросхемы питаются от двух- полярных источников питания с заземленной средней точкой.
В отличие от дискретных схем аналоговые интегральные микросхемы позволяют добиться более точной обработки аналоговых сигналов, так как все элементы создаются в едином технологическом процессе, и появляется возможность осуществить схемотехнические решения, которые трудно реализуемы на дискретных компонентах. Аналоговые интегральные микросхемы обладают схемотехнической избыточностью, делающей их универсальными. 7.1. Каскады с динамической нагрузкой Известно, что коэффициент усиления напряжения каскада на биполярном тран- зисторе пропорционален сопротивлению нагрузки К„: К„= (Ьм /Ьн )Я„. Однако увеличение Я„изменяет режим работы транзистора по постоянному току, поэтому возможности увеличения сопротивления весьма ограничены.
Обычно величину Л„выбирают так, чтобы постоянное напряжение (/, было равно половине напряжения источника питания Е„„. При этом выполняется условие Я„= (Е„„— (/„,О)/1,О. Здесь 1„, = аХ„, — постоянная составляющая тока коллектора. Учитывая, что постоянная составляющая тока эмиттера определяется соотношением 1 = и,/г„где г, — сопротивление змиттерного перехода, получаем: Я„= Е„„г,/2гхи.
Принимая во внимание, что К„= -аЯ„/г„получаем: К„= -Е„„/и,. При Е„„= 10 В и и, = 0,026 В получаем К„п 200. Повысить коэффициент усиления каскада можно, включив в цепь коллектора элемент, который обладал бы малым сопротивлением постоянному току и большим переменному току. Таким свойством обладает транзистор, сопротивление которого постоянному току в активном режиме работы равно Я = (1„ /1, а сопротивление переменному току — Я, = Ли„,/Ь1,.
Схема усилительного каскада, в котором в цепь коллектора включен нагрузочный транзистор типа р-п-р, показана на рис. 7.1, а. Режим работы основного транзистора по постоянному току определяется путем построения на поле выходных характеристик активного транзистора выходной характеристики нагрузочного транзистора (рис. 7.1, 6), пересечение которой с выходной характеристикой, соответствующей току 1,",,', определяет значения постоянного тока 1„'оо и постоянного напряжения (1„'"„. Глава 7. Аналоговые интегральные микросхемы (О б Рис. 7.1 Коэффициент усиления в этом случае равен щ»г,у гггйгг> В целом, применение динамической нагрузки позволяет увеличить коэффициент усиления напряжения примерно на порядок. 7.2.
Составные транзисторы Составным транзистором называют комбинацию из двух транзисторов, которую можно рассматривать как единый элемент. Наибольшее распространение среди составных транзисторов получила схема Дарлингтона (рис. 7.2, а). ! Ъ~! г г~ ! э Рис. 7.2 Главной особенностью схемы является большая величина коэффициента усиления тока базы. Из рис. 7.2, а следует, что при пренебрежении тепловыми токами ток коллектора г„= г'„, + г„г, где г„= Вгггг и г„, = гггггг = гггг„. 366 7.3. Генераторы сгабильноготока Учтем, что ги = (~, +1)(м = (Д, +1)(е тогда 1„= ~,(е ь(~,+1)РА = (Р1 + РА + Вг)1г = ВДге то есть коэффициент усиления тока базы составного транзистора равен произведению коэффициентов усиления каждого из транзисторов.
В рассматриваемой схеме транзисторы работают с разными токами базы ((гг > (г,), поэтому В, и рь Транзистор УТ, работает в микрорежиме, поэтому значение р, невелико. На практике для увеличения тока (м и уменьшения тока гм между базой и эмиттером транзистора УТ, включают токоотводящий резистор, сопротивление которого Я, меньше входного сопротивления Я транзистора УТь в результате чего возрастает Вь В этом случае результирующий коэффициент усиления тока базы оказывается больше, чем при отсутствии резистора Я,. У составного транзистора входное сопротивление становится равным Я„= (й,',"+1) Ьо'.
Помимо рассмотренной схемы находят применение составные транзисторы, содержащие транзисторы типа п-р-л и р-л-р (рис. 7.2, 6). В этой схеме 1„= гм = (р, + 1)1„= (р, + 1)р1(г = РД(е то есть результирующий коэффициент усиления тока базы также равен произведению коэффициентов усиления отдельных транзисторов. При этом следует иметь в виду, что В, меньше Вь так как УТ, является транзистором типа р-л-р.
7.3. Генераторы стабильного тока Геяералгоры стабильного тока (ГСТ) применяют для питания усилительных каскадов стабильным током, не зависящим от изменений температуры и нагрузки, Простейший генератор стабильного тока состоит из источника питания Е„„с последовательно включенным резистором гг, сопротивление которого во много раз превышает сопротивление нагрузки г(„(рис. 7.3, а). Рис. Т.З Глава 7. Аналоговые интегральные микросхемы В такой схеме протекает ток (7.1) 1„= Е„„/(й„+ Я) н Е„„/К Дифференцируя (7,1), получаем: Ь( Я„= ЬЯ„/)г.
(7.2) Следовательно, увеличивая Я, можно уменьшить изменения тока нагрузки п(„до требуемой величины. Однако применение подобной схемы нецелесообразно, так как большая часть мощности, потребляемой от источника питания, бесполезно расходуется на нагрев токозадающего резистора Я. Более рациональным является использование вместо токозадающего резистора Е токозэдающего транзистора (рнс. 7.3, 6). В этом случае ток нагрузки 1„определяется пересечением нагрузочной линии с выходной характеристикой транзистора (рис.
7.3, в). Если сопротивление нагрузки равно Л„', то ток нагрузки определяется точкой А; если сопротивление нагрузки увеличилось до значения Л,"„то ток нагрузки определяется точкой В. Относительное изменение тока в этом случае будет равно Д1„/1„= ЬЕ„7г,ь. Наиболее широкое распространение получил ГСТ, называемый котражателем», или «зеркалом», тока (рис. 7.4).
В этой схеме нагрузка включается в цепь коллектора токозадающего транзистора 7Ть режим работы которого задается нелинейным делителем напряжения, состоящим из транзистора УТ» работающего в диодном режиме, и резисторов Е» и Я» Пренебрегая током базы, можно считать, что 1и и 1, и („н 1» ' Е»п $!! Рис. 7.4 Базы транзисторов соединены вместе и имеют одинаковый потенциал, равный Ее Для левой ветви Е» = ~,Я, + иь для правой Е, = »,К, + и,. Следовательно, 1~)7~ + н1 = 12н2 + н~.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
