Краткие лекции по ЭиМ (1166441), страница 30
Текст из файла (страница 30)
При этом предполагается, что ток базы изменяется впределах от fa до fa. Изобразим временные диаграммы, характеризующиеработу усилителя (рис. 2.23).Обратим внимание на тот факт, что выходной сигнал сдвинутотносительно входного ивх на 180°, т. е. уси-Оглавлениелйтель инвертирует сигнал по фазе. Иногда этот факт подчеркиваюттем, что считают коэффициент усиления по напряжению отрицательнойвеличиной.Коэффициент усиления усилителя по напряжению К„ является однимиз наиболее важных параметров усилителя. При условии, что Rf= 0,коэффициент Ки определяется выражениемгде Uexm —амплитуда входного напряжения ивх. • Обратимся клинейной эквивалентной схеме для средних частот (рис. 2.21). Обозначимчерез 1дм амплитуду переменной составляющей /б~ тока базы.
Тогдаамплитуда 1э т переменной составляющей тока эмиттера равна (1 + Р)/бж, авеличина Uexm определяется выражениемВеличина UH m определяется выражениемС учетом выражений для Uex m и UH m получимОглавлениеОбозначим через гдоэ входное дифференциальное сопротивлениетранзистора для схемы с общим эмиттером. Очевидно, что гд оэ = r6 + (1 +Р) • гэ.В соответствии с этим можно записать:Важными параметрами усилителя являются его входное и выходноесопротивления. Из линейной эквивалентной схемы, соответствующейпринятым допущениям, хорошо видно, что входное сопротивлениеусилителяфактическиявляетсявходнымдифференциальнымсопротивлением транзистора для схемы с общим эмиттером (гд оэ).Очевидно и то, что выходное сопротивление усилителя равно величине RK.Коэффициент усиления по току К{ определяют выражениемгде Iex.ni, 1н.т ~ соответственно амплитуды тока источника входногосигнала и тока нагрузки.С учетом этого получимВ соответствии с принятыми допущениями 1вх.т— Ig.m- Легкозаметить, чтоАЧХ и ФЧХ усилителя аналогичны типовым характеристикам,рассмотренным в предыдущем параграфе.
Спад АЧХ в области низкихчастот обусловлен уменьшением коэффициента усиления усилителя за счетувеличения реактивного сопротивления емкостей Сь С2, Сэ. Спад АЧХ вобласти высоких частот обусловлен ограниченными ча- стотнымисвойствами транзистора.Активные фильтры на переключаемых конденсаторах имеютследующие достоинства:они достаточно дешевые, так как при их изготовлении используетсяотносительно простая технология;их легко перестраивать на другие частоты, для чего достаточноизменять частоту переключения.Активные фильтры на переключаемых конденсаторах уже довольнодолго используются на практике.ОглавлениеУСИЛИТЕЛИ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХВкачествепримерарассмотрим/?С-усилительнаполевомтранзисторе с р-л-переходом, включенном с общим истоком (рис. 2.24).Используем транзистор с каналом л-типа.Для используемого транзистора начальное напряжение иИЗ должнобыть положительным (р-я-переход должен находиться под запирающимнапряжением).
С целью получения этого напряжения в цепь истокавключают резистор Rff, на котором возникает падение напряжения и^ц отпротекания по нему начального тока истока 1ИН. Напряжение и Rff черезрезисторR передается на затвор. Таккак ток затвора полевого транзистора пренебрежимо мал, падениенапряжения на сопротивлении R3 практически равно нулю, поэтому иИЗ=ия31. Рассмотренную схему . обеспечения начального режима работыназывают схемой с автоматическим смещением.Пусть задан начальный ток стока (1сн ~ 1ин)и начальное напряжениеиИЗН между истоком и затвором. Тогда сопротивление Rff следует выбратьиз соотношенияСопротивление J?3 обычно выбирают порядка 1 МОм.
Полезноотметить, что рассматриваемая схема обеспечения начального режимаработы характеризуется повышенной стабильностью. Если по каким-либопричинам начальный ток стока 1Сн начнет увеличиваться, то это приведетк увеличению напряжений URff и (1ИЗ, что будет препятствоватьзначительному увеличению тока IqhМодуль коэффициента усиления каскада в области средних частотопределяется равенствомОглавлениеУСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКАУсилитель называют усилителем постоянного тока (УПТ), если онможет усиливать постоянные и медленно изменяющиеся сигналы. Такойусилитель может использоваться и для усиления переменных сигналов.Вышерассмотреныоперационныеусилители,являющиесяусилителями постоянного тока. Но внутреннее устройство операционныхусилителей не рассматривалось.Для того, чтобы постоянные или медленно изменяющиеся сигналымогли быть переданы с входа усилителя на его выход, должныиспользоваться только гальванические связи между отдельными частямиусилителя или эти сигналы должны быть преобразованы в переменные.Полученные переменные сигналы могут быть усилены с помощьюусилителей переменного тока, в которых гальванические связи разорваны спомощьюконденсаторовилитрансформаторов.Послеусиленияпеременные сигналы должны быть преобразованы в постоянные илимедленно изменяющиеся.При построении УПТ с использованием гальванической связи междукаскадами получают УПТ, которому присуще такое вредное явление, какдрейф нуля.
Под дрейфом нуля понимают самопроизвольное изменениевыходного напряжения при неизменном нулевом входном. Основнымипричинами дрейфа нуля усилителя являются: изменение параметровэлементов схемы, прежде всего транзисторов, за счет изменениятемпературы окружающей среды; изменение питающих напряжений;постоянное изменение параметров активных и пассивных элементов схемы;вызванное их старением. Сигнал дрейфа нуля может быть соизмерим сполезным сигналом, поэтому при построении УПТ принимают меры поснижению дрейфа нуля.
Основными мерами снижения дрейфа являютсяжесткая стабилизация источников питания усилителей, использованиеотрицательных обратных связей, применение балансных компенсационныхсхем УПТ, использование элементов с нелинейной зависимостьюпараметров от температуры для компенсации температурного дрейфа,применение УПТ с промежуточным преобразованием и др.Важным вопросом при построении УПТ является также согласованиепотенциалов соседних каскадов, согласование источника входного сигналас УПТ, а также подключение нагрузки к УПТ таким образом, чтобы принулевом входном напряжении напряжение на нагрузке было также равнонулю. Поэтому простейшие УПТ, состоящие из нескольких каскадов,включенныхпоследовательноисоединенныхгальванической(непосредственной) связью, даже при условии согласования потенциаловобладают рядом недостатков, главным из которых является дрейф нуля.Таким образом, для устранения отмеченных выше недостатков УПТстроят в виде параллельно-балансных каскадов, представляющих собойсбалансированный мост, в одно плечо которого включена нагрузка, а вдругое — источник питания.
Схема такого УПТ приведена на рис. 2.35.Коллекторные сопротивления R%\ и 2, транзисторы Т\ и Т2, резисторR3 образуют мост, к одной диагонали которого подключен источникпитания Ек, а в другую диагональ — между коллекторами транзисторов —включается нагрузка.ОглавлениеПри нулевых входных сигналах и полной симметрии схемы (Rg| =Rg2, Т\ и Т2 одинаковы) потенциалы коллекторов транзисторов Тх и Т2одинаковы и ивых, равное ик| — ик2, равно нулю.
Высокая стабильностьсхемы объясняется тем, что при изменении напряжения источника питанияили при одинаковых изменениях параметров транзисторов (например, засчет температуры) потенциалы обоих коллекторов получают равныеприращения и, следовательно, выходное напряжение остается равнымнулю. В реальных схемах всегда имеется некоторая несимметрия плеч исуществует некоторый дрейф нуля, хотя он и значительно меньше, чем вдругих схемах. Входной сигнал в этой схеме может подаваться либо междубазами, либо на одну из баз при фиксированном потенциале другой.Представив R$ в виде двух параллельно соединенных сопротивленийудвоенной величины (см.
пунктир на рис. 2.35), можно увидеть, чторассматриваемый УПТ представляет собой два каскада с эмиттернойстабилизацией,объединенныхсоответствующимобразом(см.вертикальные разделительные линии). Включив последовательно сRgдополнительный источник Еэ, можно обеспечить такой начальныйрежим работы транзисторов, при котором потенциалы входов равны нулюи, следовательно, возможно убрать из схемы сопротивления делителей Rx,R2, R3, R4. В результате получится схема дифференциального усилителя.Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторахСхема дифференциального усилителя представлена на рис. 2.36. Какиприанализеоперационногоусилителя,прирассмотрениидифференциального усилителя широко используют дифференциальноевходное напряжение ивх.диф и синфазное входное напряжение и«с.сниф •Этипонятия при обращении к операционному усилителю используютпотому,чтовкачествееговходногокаскадаприменяетсядифференциальный усилитель.
Дифференциальное входное напряжениеопределяется выражениемПусть Ugx,диф0, тогдаивХ'Синф ивх\ ивх2 • НапряжениеивыХ'диф называют выходным дифференциальнымсигналом, причем ивых диф = и — ик2.Основная идея, реализованная в дифференциальном каскаде, как этобыло показано выше, состоит в использовании в одном целом двухсовершенно одинаковых половин. Эта идея достаточно часто применяется вэлектронике.Использование двух одинаковых половин приводит к тому, чтовыходное напряжение ^вых.диф очень слабо зависит от входногосинфазного напряжения и практическиОглавлениеопределяется только напряжением и^иф. Усилитель называютдифференциальным потому, что ивых пропорционально напряжениюивх.диф (пропорционально разности напряжений и м«с2)- ДРУГиедестабилизирующие факторы, кроме синфазного напряжения, такжеоказывают слабое влияние на величину ивш.диф •Если увеличилась температура и возросли тепловые токи Гко| и ГК02соответственно транзисторов Т] и Т2, то из-за изменения напряжений и ищана резисторах /fa и /fa изменяются напряжения икх и ип.
Еслисопротивления /fa и /fa равны, а изменения токов Гко\ и /'ко2 одинаковы, тонапряжение ивых ^иф не изменится.Допустим, что ток /0 является неизменным, а схема полностью симметрична и и диф =0, тогда iK\ = /к2 =, таккак ток коллектора каждого транзистора примерно равен токуэмиттера. В случае изменения входного синфазного сигнала токи /к1 и /к2не изменяются и поэтому не изменяются напряжения ик1 и ик2, не говоряуже о напряженииивых.диф • В соответствии с эт«:* в реальных усилителяхвместо резистора R3 и источника напряжения Еэ частодля ослабления влияния синфазного сигнала используют ту или инуюсхему на транзисторах, которая выполняет функцию источника тока.
Этусхему при анализе обычно заменяют источником тока (на рис. 2.36пунктир).В интегральных схемах области полупроводника, соответствующиетранзисторам, располагают очень близко друг от друга. Поэтому параметрытранзисторов оказываются очень близкими, что обеспечивает симметриюдифференциального усилителя.Рассмотрим кратко процессы, происходящие в усилителе припоступлении на его вход положительного сигналаивх.диф• При увеличении этого сигнала, во-первых, увеличиваются ток базы и ток коллектора транзистора Т2. Этоприводит к увеличению напряжения и уменьшениюнапряжения ик2 ■ Во-вторых, уменьшаются ток базы и ток коллекторатранзистора Тх.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
