Изъюров Г.И. - Расчет электронных схем (1266568), страница 24
Текст из файла (страница 24)
65) увеличено за счет введения местной отрицательной обратной связи через резистор Еж Коллекторный ток транзистора Тэ задается делителем в цепи базы с термокомпенсирующим диодом Д. Цепь, включенная в общей эмиттернай цепи транзисторов Т„Тж получила название генератора стабильного тока (ГСТ). Коэффициент усиления Кс, схемы по рнс. 6.5 практически не зависит от способа включения (7,к, т.
е. Кс„один и тот же как при симметричной подаче сигнала (средняя точка (7м, заземлена), так и прн несимметричной (снгнал подан на один нз входов ДУ, а второй вход заземлен). В ДУ с ГСТ сопротивление резистора 1(, в формулах (6.3) — (6.7) должно быть заменено дифференциальным выходным сопротивлением каскада на 153 "Е э Знания эсям (6.6) Рис. 6.6 Рис. 6.5 (бнф) где откупа 1'в х.нсснм Пн 'сэ. нсснн «х. сф э (6.5) 155 транзисторе Т,, подсчитанным с учетом местной отрицательной обратной связи, а вмезшо 173: ~~внхЗ «нЗ(1+ ()37б) ГэЗ + ~3 7б Гбх + ГэЗ + ~3 + х 4 ) ~5 Для перехода от симметричного сигнала к несимметричному используется несимметричный выход ДУ.
В простейшем ваде напряжение (/,„н при этом снимается с одного из коллекторов транзисторов относительно земли. Легко видеть, что выходное напряжение прн несимметричном выходе, вызванное подачей на вход дифференциального сигнала, уменьшается в два раза по сравнению с его значением при симзлетрззчноьз выходе. Недостатком несимметричного выхода является большее выхолнае напргокение (/;3„н„нвн возникающее при подаче сннфазного сигнала. Для определения (/1((нн,н изобразим схему ДУ при подаче синфазного сигнала, как показано на рис.
6.6. Здесь коллекторы и базы транзисторов Т„ Т объелпнены, поскольку потевцналы вх всегда одинаковы. Из схемы рис. 6.6 можно получить вь:ражение для (/ф„ (И„/2 К„ (/:к...,.~= — (/эхсф " = — "-1'...ф. ~с + (31'э 2~э Отношение коэффициентов усиления лифферснциального сигнала к синфазному, являющееся важнейшим показателем ДУ, называют коэффициентом ослабления сипфазного сигнала ~нн сф. Для симметричного выхода 13] Кс К„.ф.«. = Кссф Для несимметричного выхода из выражений (6.2) н (6.5) получим (без учета 11„) к„,ф = гцз/(д, + й„» (6.7) Таким образом, в случае симметричного выхода синфазный сигнал подавляется в значительно большей степешь Погрешность функционирования ДУ возникает вследствие разбаланса параметров двух половин схемы. В идеально симметричном ДУ при отсутствии входного сигнала (l,„х = О. В реальной схеме из-за различия параметров (токов коллектора и тепловых токов переходов, резисторов коллекторной цепи) выходное напряжение отлично от нуля.
Для установки нуля на выходе необходимо на вход подать некоторое напряжение, называемое напряжением смещения нуля (7,„. Это напряжение можно определить при 1„3В„з = )хзрс,з как разность напряжений на эмиттеРных пеРеходах, а именно 11 = (/,ббз — Ннхл. Зависимость напряженая смещения от температуры, т. е. дрейф напряжения смещения, приведенный ко входу усилителя, определяется следующим образом 131: — = и,"." „= — — — — = — ' —.
(6.8) х((/, ЗИ/,ббз с((З (/, 31 Т хед с(Т х(Т Т Следовательно, величина дрейфа напряжения в ДУ прямо пропорциональна напряженою смещения нуля. Прн комнатной температуре пз (6.8) слелует, что дрейф составляет приблизительно 3 мкВ/'С на 1 мВ напряжения смещения. В интегральных схемах ДУ напряжение смещения нуля невелико вследствие идентичности технологических прозюссов и тепловых режимов транзисторов. Обычные значения 11,„= =1-:5 мВ.
В этих слУчаих бхвэхдк составлЯет 3-15 мкВ/'С, что на 2 — 3 порядка меньше, чем в пебалансной схеме (2,2 мВ/"С). Дополнительная составляющая дрейфа в ДУ возникает за счет неидентичности входных токов транзисторов Т, и Т, усилителя и нх изменения с температурой. При одинаковых сопротивлениях во входных цепях ДУ токовая составляющая цогрешности определяется разностью токов покоя баз транзисторов Т, и Тэ.
С учетом последнего э. д. с. дрейфа в ДУ, приведенная ко входу, вх е ду = + ~ ((Кэ+ Кг) Т ), г(Т г(Т ( (6.9) Т г(Т г(760гэээв Здесь — дрейф разности входных токов транзисторов г(Т Т„Т, равный Ыеэи, где Ь = — 0,005 1('С. Очевидно, что токовая составлянлцая влияет (ем меньше, чем меньше К,„К,' и 1щ.
Поэтому входные каскады ДУ обычно работают с малыми токами. ПРИМЕР 6.2. Рассчитать ДУ на биполярных транзисторах с ГСТ, несимметричными входом и выходом. Э. д. с. входного сигнала Е„= 10 мВ, сопротивление К, = 0,1 лОм. Требуемый коэффициент усяления Кпэ = 20, сопротивление К„„> 5 кОм. Выбрать значение напряжения источников питания, рассчитать элементы схемы, величину К е, а также оценить приведенный дрейф усилителя прв условии, что абсолютные значения температурных приращений напряжений н токов транзистора разнятся на 5%.
Решение Схема ДУ с ГСТ привелепа на рис.6.5. Для обеспечения малого дрейфа ДУ выбираем транзисторы КТ312А, имеющие лэалый ~силовой ток и достато пю высокий коэффициент (1. Допустимое напряжение Ем„< 15 В. Следовательно, Еэ, = Еэ, < < 7,5 В. Амплитуда выхолного напряжения (э', = КпэЕ, = =20. ГО=200 мВ может быть обеспечена при Е„, = Ем=6,3 В. Меньшие значеэпш Е„затрудняют построение ГСГ. При использовании лвух источников питания + Е„э в схеме ДУ по рис. 6.5 потенциал эмиттеров трацзисторов Т,, Т в режиме покоя можно привять равным нулю.
Это связано с тем, что падение напряжения в цепях баз транзисторов Т,, Т от тока покоя!д, К, очень мало при малых входных токах и, следо- вательно, база транзистора может считаться заземленной по постоянному току. Тогда потенциал эмиттера отличается от потенциала земли на величину Г1аээгэ=0,5-:0,7 В для кремниевых транзисторов.
Поэтому в первом приближенэпг можно считать, что напряжение нижнего источника ( — Е„э) приложено к ГСТ, а верхнего (+ Е„) — к транзистору Тэ(Тэ) и резистоВыбираем для транзисторов Т, и Т, рабочую точку с 11 э = 3 В, 1ю-— 1 мА, ('ь,э = 0,45 В. Тогла номинал резистора К„составляет Е„, — У' э бх3 — 3 К,= = ' =3,3 кОм. 1„е 1 В выбранном режиме Ьп,= 2 кОм, )) = 35, тогда 1ае — — — — — — — — 0,029 мА. Р 35 Для увеличения К и выравнивания токов транзисторов Т, и Тх введем резисторы К,', вносящие местную ООС по току транзисторов.
Обычно К,' выбирают порядка десятков или сотен ом. К» Полагаем К,'=40 Ом, тогда К,,=2 Ьц,+ — (р+1) = 212 10э + 20(35 + 1)3 = 5,44 кОм, т. е. К,„> 5 кОм. Для уменьшешзя токовой составляющей погрешности ДУ в базовую цепь транзистора Т, включаем резистор Ке=К,. Проверим, обеспечивает ли ДУ требуемое значение Ко,с Иэ выражения (6.2) при несимметричном выходе и К„= оо 1 ВК„1 35 ° 3,3 2 К, + К„„, 2 0 1 + 2 77 что незначительно превышает требуемую величину. Рассчитаем ГСТ, для чего вначале определим потенциал коллектора транзистора Т, относительно общей шины: )хэ 1'эз = 1вэгКг+ ггеэээ + 1*м = — (29 1О 0,1+0,45+20.1 10 )= — 0,46 В.
Следовательно, падение напряжения на транзисторе Тэ н резисторе К, составит Егэ — бм —— 6,3 — 0,46 = 5,84 В. При работе ДУ для нормального функционирования транзистора Т, в ГСТ необходимо выполнение неравенств иыэ>0 и (1мз и„ 157 Тогда и Выберем потенциал базы транзистора Т, отнасигельно общей шины (го! = — 4,5 В, что обеспечит (7„»з ок 4 В. Тогла падение напряжения П на резисторе Е и диоде Д (см.
рнс. 6.5) П=Еы — Вы=63 — 45=13 В (/ †, — П вЂ” П = 1,6 — О,5 = 1,3 В. Здесь ~,:о,»!=0,5 В при 1„в=1ен+1„„„=2 мА. Тогда сопротивление резистора Ез Ез = (7аз/1 о!=13/2=0,65 кОм. 10» Г 35(!2,5+ 650) 35 ~ 12,5+ 650+ 100+ 505 Е„З,З "'-- -М -2.55 -'" «««3 Кс, 20 К' 'ф = -з =6,6 Юз Ки«ф.««.~~~ 3 10 Выберем ток делителя Ео, Ео равным каллекторнаму ток> транзистора Т„т. е. 1 „= 2 мА. Тогда Я, =(Еы — (/)/1„» =4,5/2 =2,25 кОм.
Для опрелеления наминала резистора Ео необходимо прежде выбрать диод Д. Целесообразно в качестве диода применить транзистор КТ312А в диолном включении, что обеспечит хорошую температурную компенсацию изменения (/о, транзистора Т, вследствие одинаковых ТКН диода и транзистора Тз. По входной характеристике транзистора КТЗ!2А при 1, = 2мА величина П,= (/о,о — — 0,5 В и поэтому (/ — (7»«о 1,8 — 0,5 Л = — — '-= ' ' =0,65 кОм.
2 Рассчнтаел! коэффициент усиления сннфазного сигнала прн несимметричном выходе ДУ (выражение (6.5)1, имея в виду, что вместо резистора й«в схеме ДУ с ГСТ следуе~ учитывать сопротивление Е,„„з транзистора Тз с введенной отрицательной обратной связью по току через резистор Ез, определяемое по формулам (6.4). Прн значениях сопротивлений элементов Юо г«3 = — = — Оь! Ез = 650 Ом, (> 35 оо, 25 !'и= — = — =12,5 Ом, гм= 100 Ом 1«оз 1!») Е»=2,25)(0,65=0,505 кОм получим из (6.4) 15В К „к=76,4 ДВ.
Рассчитаем привелснный дрейф ДУ, считая, чта температурные приращения (/о,о и 1го транзисторов Т, н Т, разнятся на + 5%. Для наихудшего случая, когда отклонения тока и напряжения суммируются, получим из выражения (6.9) Т о(Т 'х 2 01(/ /К,' +Ь 0,11 ~ — '+Е,>= Т ' 1 2 0,1 0,45 300 +0005 01 0029(01+002) Юз 0,17 мВ/ С. ~ 6.3. УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ Операционный усилитель (ОУ) представляет собой усилитель электрических сигналов, выполненный в виде интегральной микросхемы с непосредственными (гальваническими) связями и предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми величинами прн работе в схемах с отрицательной обратной связью.
Такой усилитель обладает высоким коэфчйицнеопом усиления в полосе частот порапка единиц мегагерц. высоким входным и малым выходным сопротивлением. Для упрал!ения расчетов схем с использованном ОУ часто прнбс!ают к идеализации его параметров, с вггая Кпаг — — оо, Емок —— . са н Е„„от = О. ОУ имеет, как правило, два входа н один выход. Инвертирующий вход обозначают знаком <! — »; сигнал, поданный на 159 этот вход, имев~ на выходе противоположную фазу.
Неинвертирующий вход обозначается знаком «+». Кроме перечисленных сигнальных выводов ОУ имеет выводы для подключения двух источников питания ( + Е„):, для установки нулевого напряжения на выходе при 11ы =О, для частотной коррекции и т.д. В связи с тем что Ки<з„достаточно велик (10з — 10в), схемы на ОУ работаю~ в линейном режиме только при введении отрицательной обратной связи. При отсуютвии отрицательной обратной связи нли при введении положительной обратной связи схемы на ОУ обладают нелинейными свойствами и выполняют функции компараторов, генераторов сигналов и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
