Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Для нахождения этого минимума найдем производную ЙЛ'/йи и приравняем ее нулю: Ы(г)т= (К,'бб)К,)+т(К,'б',",!К1) (1пКобщ) ( — 1~т ) =0; 1 — (1!т)1п Кобо»=О. Таким обРазом, 1пКоб,о — — т или Коб г=е . С другой стороны, известно, что Кобщ— - К," Из сопоставления двух последних выражений вытекает, что усиление одного каскада К„= е. Отсюда следует, что усилитель с распределенным усилением содержит наименьшее число транзисторов при заданном усилении К,б„„если один каскад распределенного усиления усиливает в е раз. Число транзисторов и в каждом каскаде усилителя с распределенным усилением можно определить следующим образом: и = К„~О,боУ„. Так как К„выгодно взять равным е=2,718, то число п определяется лишь характеристическим сопротивлением линии задержки в стоковых цепях У„=ТТ.,/С,. Для уменьшения и выгодно иметь хо, возможно большим.
Однако А, и С, влияют на верхнюю граничную частоту (см. (4.41)1 ~гр = 11л)(Т оСг. Из последнего выражения по известному С, можно найти Л„что дает возможность определить Е , а следовательно, и число транзисторов и в одном каскаде. Емкость одной секции линии задержки С, может равняться 210 выходной емкости транзистора, но так как выходная емкость изменяется от экземпляра к экземпляру, то емкость С, желательно искусственно увеличить подключением дополнительной емкости. Емкости С, приходится искусственно увеличивать, чтобы характеристическое сопротивление затворной линии для самой высокой усиливаемой частоты было много меньше активного входного сопротивления транзистора на высоких частотах: Л„~Й„.
Только в этом случае можно считать, что в затворных звеньях искусственной линии нет потерь на высоких частотах. Полоса пропускания усилителя с распределенным усилением может быть до нескольких сотен мегагерц, Из краткого анализа работы усилителя с распределенным усилением следует, что наиболее подходящими для него являются транзисторы с двумя затворами. Они должны иметь большую крутизну по первому затвору, большие входное и выходное сопротивления иа высоких частотах и малые межэлектродные емкости. Усилители с распределенным усилением выполняются также на туннельных диодах и электронных лампах.
Глава 1О ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ И ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ 10.1. НЕПОСРЕДСТВЕННАЯ СВЯЗЬ МЕЖДУ КАСКАДАМИ Усилителями постоянного тока называют устройства, способные усиливать ие только переменные напряжения или токи, но и передавать с усилением уровень постоянной составляющей. Следовательно, нижняя граничная частота усилителя равна пулю, а верхняя может быть как очень низкой, так и очень высокой, например может равняться нескольким мегагерцам. В усилителях постоянного тока применяется непосредственная связь между каскадами, так как связь через разделительные конденсаторы и трансформаторы не обеспечивает передачи постоянной составляющей усиливаемого сигнала.
Непосредственная связь между каскадами применяется и в усилителях переменного тока, особенно при выполнении их в виде интегральных микросхем. В последних нежелательно применение переходных конденсаторов, так как они занимают очень большую площадь по сравнению с транзисторами и резисторами. Рисунок 10.1 иллюстрирует схему непосредственной связи между каскадами. Для простоты напряжение питания взято равным 10 В.
Сопротивления и напряжения приведены для кремниевых и-р-п-транзисторов. Сделано предположение, что коллекторный ток УТ! равен ! мА при напряжении база — эмиттер О,б В. Ток УГ2 равен 5,5 мА при напряжении база — эмиттер 0,7 В. 211 Рис. !О.1. Схема двухкаскадного усилителя с непосредственной связью Из схемы на рис. 10.1 видно, что при непосредственной связи между каскадами приходится повышать потенциал эмиттера второго транзистора по сравнению с первым.
Это приводит к уменьшению коэффипиента передачи напряжения второго каскада по сравнению с коэффициентом передачи первого каскада, так как при питании коллекториых цепей от общего источника приходится для второго транзистора уменьшать отношение коллекторного сопротивления к эмиттерному. Действительно, коэффициенты передачи напряжения для схемы на рис. 10.1 можно представить как ~ К~ ( Рнь1йм 6,1 > ~ Кя) ояз7йаз= 1 75. 10.2.
ДРЕЙФ НУЛЯ Для схемы на рис. 10.1 начальное входное напряжение принято равным +1,7 В. При таком напряжении в усилителе действуют начальные напряжения и токи, указанные на схеме, а на его выходе имеется некоторое, начальное напряжение, примерно равное указанному на схеме. Входное положительное, отрицательное или переменное напряжение можно подавать последовательно с напряжением начального смещения, равным 1,7 В, например, между средней точкой потенциометра Рь 7св 'и базой транзистора УТ! или снимать его с выхода другого усилителя, имеющего такое же начальное напряжение. Начальное выходное напряжение усилителя можно сделать равным пулю, если его снимать относительно некоторой точки потенциометра, подключенного на выходе к источнику питания. В усилителях постоянного тока наблюдается нежелательное явление — дрейф нуля — изменение выходного напряжения при постоянстве его на входе.
Дрейф нуля вызывается изменением напряжения источника питания, температурными изменениями входной характеристики, начального коллекторного тока и параметров транзистора, а также изменениями параметров транзисторов в связи с их старением. Эти причины не равноценны. Напряжение источников питания можно хорошо стабилизировать, стабилизировать же окружающую температуру технически сложно.
Как видно из перечисленных причин, вызывающих дрейф нуля, наибольшее 212 влияние оказывают температурное непостоянство начальных коллекторных токов и температурное смещение входных характеристик транзисторов. В схеме на рис. 10.1 применяются кремниевые транзисторы, имеющие малый начальный коллекторный ток, поэтому главным источником дрейфа нуля остается температурное смещение входных характеристик, равное примерно — 2,5 мВ на 1'С, Пример, Чтобы понять, как появляется дрейф нуля усилителя постоянного тока, предположим, что окружающая температура значительно увеличилась, например на +40 'С. Произоидет смещение входной характеристики каждого транзистора на -0,1 В, что зкаивалентио появлению дополнительного напряжения +0,1 В в цепи каждого транзистора. Приращение коллекторного напряжения первого транзистора при )К,! =6,1 равняется — 0,6 В.
Смешение входной характеристики второго транзистора вследствие повышения температуры окружающей среды также зквивалентно приращению напряжения на его входе на +0,1 В, в результате общее приращение аапряження на входе второго транзистора составляет — 0,6+0,1 -0,5 В. Это приращение напряжения, умноженное на коэффициент усиления по напряжению второго транзистора, дает результирующее смещение вуля. Для схемы на рис.
10.1 оно равно — 0,5 ( — 1,75) кз 40,9 В. Из рассмотренного примера видно, что главная причина дрейфа нуля— температурное смеШение входной характеристики первого транзистора, так как оио усиливается обоими транзисторами. Из-за большого дрейфа нуля подобные схемы не находят применения в качестве усилителей постоянного тока, В усилителях постоянного тока обычно примеаяются дифференциальные усилители, описываемые в следующем пара.
графе. Дрейф нуля можно почти полностью устранить, применив предварительное преобразование усиливаемого постоянного напряжения на входе усилителя в переменное. Переменное напряжение усиливается усилителем переменного тока, и на его выходе преобразуется в постоянное. Преобразование осуществляется с помощью электромеханических или электронных коммутаторов, синхронно коммутирующих входное и выходное напряжения. Постоян. ное напряжение на входе преобразуется в прямоугольную волну, которая после усиления снова превращается на выходе в постоянное напряжение. Частота коммутации должна не менее чем в два раза превышать максимальную частоту изменения входного сигнала, что технически трудно осуществимо при очень высокой частоте сигнала.
Другим недостатком данного метода является возможность появления наводок, весьма заметных при коммутации малых входных напряжений. 10.3. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ Дифференциальным усилителем называется устройство, усиливающее разность двух напряжений. В идеале выходное напряжение такого усилителя пропорционально только разности напряжений, приложенных к двум его входам, и не зависит от их абсолютной величины. Первые дифференциальные усилители создавались для биологических исследований.
Если, например, при измерении небольшой ГДЕ ивмх22=ивмх! ивмхя НаПРЯжЕНИЕ На ЗажИМаХ СИММЕТРИЧНОГО ВЫХОда; ием И и,хя — СООтВЕтСтВЕННО НаПряжЕНИя На ПЕРВОМ И ВтО- ром входах усилителя. Если выходное напряжение снимается с одного из несимметричных выходов, то при снятии напряжения с первого выхода коэффициент усиления разностного сигнала К„2=А ...Ди,„! — и 2), выходе, обязан- выход,а коэффи- где Ли,„„— приращение напряжения на первом НОЕ РаЗНОСтИ ВХОДНЫХ НаПРЯжЕНИй и,х, — ивх2.
Аналогично при снятии напряжения со второго циент усиления разностного сигнала (10З) 4 выходе, обязан- К„,=Ли„,х /(и ! — и, ), где Ли,„,„я — приращение напряжения на втором ное разности входных напряжений и,х, — и„,. При симметрии схемы выполняются условия Ьи„хя= — Ли„„,; Ьи,„„2-Ьи „2 =2Ьи„,„!, откуда (10.4) Кя ! = — Кяг = Кя/2.
При симметрии схемы в соответствии с (10.1) и,„х, =К„(и, '(10.5) Однако реальный усилитель не обладает идеальной симметрией, в результате чего напряжение на выходе зависит не только от разности, но и от суммы входных сигналов. При этом сумма входных сигналов, поделенная на два, называется синфазне!м сигна- 214 разности двух больших потен- циалов между двумя близкими усилителе 2 тоЧКВМИ ЖИВОГО ОрГВИИЗМВ уеииаваи лить не только разность потеноа„! иа,л в...г ва, ! циалов, но и большие потенциалы этих точек относительно земли, то это может вывести раборис, 10.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
