Краткие лекции по ЭиМ (1166441), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Предположим, чтооперационный усилитель работает в линейном режиме. Тогда всеустройство можно считать линейным и для анализа использовать принципсуперпозиции (наложения).Предположим, что ивх2 = 0, тогда соответствующее вы- ходноенапряжение ивых будет определяться выражением, соответствующиминвертирующему усилителю:Определим напряжение на выходе если ивх1 = 0. Для оценки воздействиянапряжения ивх2 целесообразно выполнить, на основе теоремы обэквивалентномгенераторе,преобразованиенеинвертирующему входу (рис. 2.31).Как следует из указанной теоремы,Оглавлениецепи,подключеннойкВ рассматриваемом случае напряжение на выходе ивыхВ соответствии с принципом суперпозиции, общее напряжение навыходе ивых определяется из выражениябудетопределятьсявыражением,соответствующимнеинвертирующему усилителю:Схемы с диодами и стабилитронами на основе ОУРассматриваемые схемы являются нелинейными, так как содержатнелинейные элементы — диоды и стабилитроны.
Однако часто такие схемыанализируют, без использования ЭВМ, как линейные. При этом часто диодыи стабилитроны считают идеальными и заменяют открытые диоды истабилитроны закоротками, запертые диоды и стабилитроны — разрывами,а стабилитроны, работающие в режиме пробоя, — источникаминапряжения.При использовании подобных способов линеаризации нелинейныхсхем основная проблема состоит в том, чтобы перед анализом определить,в каком режиме работает каждый нелинейный элемент. Здесь большуюпомощь может оказать опыт анализа подобных схем.
Пусть сделанонекоторое предположение о состоянии нелинейных элементов (например,предполагается, что первый диод открыт, второй закрыт и т. д.). Тогда послеанализа схемы, выполненного на основе этого предположения, необходимопроверить его правильность. Например, необходимо убедиться, что черезпредположительно открытый диод, замененный закороткой, ток протекаетв прямом направлении.
При машинном анализе схемы, подобныерассматриваемым, анализируются как нелинейные.Для примера выполним анализ схемы на рис. 2.32, предполагая, чтодиоды — идеальные. Пусть вначале ит= 1 В. Если диод D1 открыт (заменяемего закороткой), а диод D2 — закрыт (заменим его разрывом), то получимэквивалентную схему, приведенную на рис.
2.33. Из данной схемы следует,чтоОглавлениеПроверим правильность сделанного предположения, для чегоопределим ток fa диода D\ и напряжениедиода Z>2- Используя допущение о том, что ид, = 0, получаем uD2 =—2 В и /д| = 0,2 мА. Так как напряжение на диоде /)2 отрицательное, а токчерез диод D\ положителен, можно утверждать, что предположение былоправильным.Пусть теперь ивх = —1 В. Предположим, что диод Z), закрыт, а диодоткрыт. Тогда получим эквивалентную схему, приведенную на рис. 2.34, изкоторой получаем, чтоДля проверки правильности сделанного предположения определимiD2:Очевидно, что ит = 0.
Полученные результаты позволяют утверждать,что предположение было правильным.Логарифмирующий усилительЛогарифмирующий усилитель получается в том случае, когда вместорезистора R2 в цепь обратной связивключаютполупроводниковыйдиод(рис. 3.54). При этом постоянный ток вовходной цепи равен:UI вх1 R(3. 73)Постоянный ток через диод равен:UвыхUI I e вх20(3. 74)U выхU вхUвхII e20RТак как I1 = I2, то, отсюда выходное напряжениеU U вых U вх ln вх RI 0 (3.
75)ОглавлениеИзвыражения(3.75)следует,чтовыходноенапряжениепропорционально логарифму входного постоянного напряжения.Интегрирующий усилительИнтегрирующий усилитель получается в том случае, когда вместорезистора R2 в цепь обратной связи включен конденсатор С1 (рис. 3.55).В этом случаеI 1U вх (t )R1,I C21duвыхdt(t ).Так как I1 = I2, то VT1.ОтсюдаU вых (t ) 1 uвх (t )dtRC1 1Дифференцирующий усилительДифференцирующий усилитель получается в том случае, когдарезистор R1 и конденсатор C1 поменять местами (рис. 3.
56).При этомI C11duТак как I1 = I2, тоОтсюда(3.77)вхdtC1(t )duU(t )I вых2R1;вхdtuвых (t ) R C1 1(t )U(t ) выхR1 .du (t )вхdt .Выводы:Операционные усилители в настоящее время находят широкоеприменение при разработке различных аналоговых и импульсныхэлектронных устройств. Это связано с тем, что введя цепи операционногоусилителя различные линейные и нелинейные устройства, можно получитьузлы с требуемым алгоритмом преобразования входного сигнала.Поскольку все операции, выполняемые при помощи операционныхусилителей, могут иметь нормированную погрешность, то к егохарактеристикам предъявляются определённые требования. Эти требованияв основном сводятся к тому, чтобы операционный усилитель как можноближе соответствовал идеальному источнику напряжения, управляемомунапряжением с бесконечно большим коэффициентом усиления.
Этоозначает,чтовходноесопротивлениеRвхдолжнобытьравнобесконечности (следовательно, входной ток равен нулю); выходноесопротивление Rвых должно быт равно нулю, следовательно, нагрузка недолжна влиять на выходное напряжение; частотный диапазон отпостоянного напряжения до очень высокой частоты.В настоящее время операционные усилители выполняют рольмногофункциональных узлов при реализации разнообразных устройствэлектроники различного назначения.ОглавлениеПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫПолевой транзистор - это полупроводниковый прибор, усилительныесвойства которого обусловлены потоком основных носителей заряда,протекающим через проводящий канал и управляемым электрическимполем.
Т. к. в создании электрического тока участвуют только основныеносители заряда, то полевые транзисторы иначе называют униполярнымитранзисторами. В англоязычной литературе эти транзисторы называюттранзисторами типа FET (Field Effect Transistor).Полевой транзистор является очень широко используемым активным(т. е. способным усиливать сигналы) полупроводниковым прибором.Впервые он был предложен в 1930 г.Полевые транзисторы называют также униполярными, так как впроцессе протекания электрического тока участвуют только основныеносители.Полевые транзисторы разделяют на два вида:полевые транзисторы с управляющим р-n-переходом;полевые транзисторы с изолированным затвором.Конструктивно полевые транзисторы оформляются в металлических,пластмассовых или керамических корпусах, их конструкции практически неотличаются от конструкций биполярных транзисторов. На рис.
4.1.представлены конструкции некоторых полевых транзисторов.Полевой транзистор с управляющим p-n-переходомПолевой транзистор с управляющим p-п-переходом - это полевойтранзистор, управление потоком основных носителей в котором происходитс помощью выпрямляющего электрического перехода, смещенного вобратном направлении.Принцип действия такого полевого транзистора рассмотрим напримере рис. 4.2. Он представляет собой монокристалл полупроводника nтипа проводимости; по его торцам методом напыления сформированыэлектроды,апосередине,сдвухсторон,созданыдвеобластипротивоположного типа проводимости и тоже с электрическими выводамиот этих областей.
Тогда на границе раздела областей с различным типомпроводимости возникнет р-n-переход. Электрические выводы от торцевыхповерхностей полупроводника называют истоком (И) и стоком (С), а выводот боковой поверхности противоположного типа проводимости назовемзатвором (3).Подключимвнешниеисточники Uзи и Uси так, чтобыисточник Uзи - источник входногосигнала смещал р-п-переход вобратном направлении, а в цепьисточникаUсивведемсопротивление нагрузки Rн.
Поддействиемнапряженияэтогоисточника между торцевыми поверхностями полупроводника потечет токосновных носителей заряда. Образуется так называемый токопроводящийканал.Площадь поперечного сечения этого канала, а следовательно и егосопротивление, зависит от ширины р-п-перехода.Изменяя величину напряжения источника Uзи, меняем обратноенапряжение на р-п-переходе, а значит и его ширину. При увеличении этогонапряжения ширина р-п-перехода возрастает, а поперечное сечение каналамежду истоком и стоком уменьшается. Можно подобрать такую величинунапряжения на затворе, при котором р-п-переход полностью перекроетОглавлениеканал, и ток в цепи нагрузки прекратится.
Это напряжение называютнапряжением отсечки. Таким образом, в цепи мощного источника Uсипротекает ток стока Iс, величина которого зависит от величиныуправляющего сигнала - напряжения источника U зи и повторяет всеизменения этого сигнала. Падение напряжения на сопротивлении нагрузкипри протекании тока Ic является выходным сигналом, мощность которогозначительнобольшемощности,затраченнойвовходнойцепи.Принципиальным отличием полевого транзистора от биполярного являетсято, что источник входного сигнала подключен к р-n-переходу в обратном,запирающем направлении, и следовательно входное сопротивление здесьочень большое, а потребляемый от источника входного сигнала ток оченьмаленький. В биполярном транзисторе управление осуществляетсявходным током, а в полевом транзисторе - входным напряжением. Следуетотметить, что поскольку потенциал от истока к стоку возрастает, тосоответственно возрастает и обратное напряжение на р-n-переходе, аследовательно, и его ширина.
Taк же, как и биполярные транзисторы,полевые транзисторы могут быть разных типов. В рассматриваемом случае- полевой транзистор с каналом n-типа проводимости, и на принципиальныхсхемах он обозначается символом, представленным на рис. 4.3, а.Если канал имеет проводимостьр-типа, то его обозначение такое же,но стрелка затвора направлена впротивоположнуюсторону(рис.
4.3, б).Если полевой транзистор усиливает сигнал переменного тока, то вцепь затвора необходимо вводить смещение в виде источника ЭДСдостаточной величины, чтобы суммарное напряжение на р-n-переходе неизменяло свой знак на положительный, так как р-n-переход в таком полевомтранзисторе должен быть всегда смещен в обратном направлении. Тогдаэлектрическое поле р-n-перехода, поперечное по отношению к каналу,будет изменяться в точном соответствии с изменением входного сигнала,расширяя и сужая канал. В цепи стока появляется переменная составляющаятока, которая и будет представлять собой усиленный входной сигнал.Выводы:Полевой транзистор - это полупроводниковый прибор, усилительныесвойства которого обусловлены потоком основных носителей заряда,протекающим через токопроводящий канал, и управляемым электрическимполем.Полевой транзистор в отличие от биполярного иногда называютуниполярным, т.
к. его работа основана только на основных носителяхзаряда - либо электронов, либо дырок. Вследствие этого в полевомтранзисторе отсутствуют процессы накопления и рассасывания объёмногозаряда неосновных носителей, оказывающих заметное влияние набыстродействие биполярного транзистора.Основным процессом переноса носителей заряда, образующим токполевого транзистора, является дрейф в электрическом поле. Проводящийслой, в котором создается рабочий ток полевого транзистора, называетсятокопроводящим каналом.Схемы включения полевых транзисторовTaк же, как и биполярные транзисторы, полевые транзисторы могутиметь три схемы включения: с общим истоком, с общим стоком и с общимзатвором.
Схема включения определяется тем, какой из трех электродовтранзистора является общим и для входной и выходной цепи. Очевидно, чторассмотренный нами пример (рис. 4.2) является схемой с общим истоком(рис. 4.4, а).ОглавлениеСхема с общим затвором (рис. 4.4, б) аналогична схеме с общей базойу биполярных транзисторов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
