В.В. Дуркин - Схемотехника аналоговых электронных устройств - Методические указания к лабораторным работам (1267371), страница 4
Текст из файла (страница 4)
приложение 5), а измерение переменных напряжений осуществляетсявольтметром переменного тока В3-38 (см. приложение 4).2.2. Основные определения итеоретические сведенияДифференциальный каскад (усилитель) – балансная (мостовая) усилительная схема, имеющая два симметричных входа иреагирующая (в идеале) только на разность напряжений, приложенных к этим входам.Синфазные сигналы – в случае гармонических сигналов этосигналы, имеющие одинаковую амплитуду и фазу.Дифференциальные сигналы – в случае гармонических сигналов это сигналы одинаковые по амплитуде, но противоположныепо фазе.Напряжение смещения нуля – это дифференциальное напряжение, которое необходимо подать на вход ДУ для того, чтобы наего симметричном выходе установилось нулевое напряжение.Дрейф нуля – изменение во времени конечного напряжения навыходе ДУ при отсутствии входных сигналов, обусловленное несимметричностью ДУ и воздействием на него различных дестабилизирующих факторов.Коэффициент ослабления синфазного сигнала – отношениекоэффициента передачи дифференциального сигнала (KД) к коэффициенту передачи синфазного сигнала (KС):(2.1)К ОС.СФ = 20lg( K Д / K С ) .26Основные достоинства ДУ:− низкая чувствительность к изменениям напряжения питанияи температуры;– возможность использования глубокой ООС для повышениястабильности режима по постоянному току без уменьшения усиления полезного сигнала;– наличие двух входов и двух выходов, что позволяет строитьинвертирующие, неинвертирующие усилители и другие схемыаналоговой обработки сигналов;– низкая чувствительность к одинаковым постоянным входным напряжениям, что облегчает решение проблемы межкаскадных связей в усилителях постоянного тока (УПТ).Принцип действия ДУНа рис.
2.2 приведена упрощенная принципиальная схема однокаскадного ДУ. Пусть на вход ДУ, симметрично относительнооси А-А′, поступают синфазные сигналы, т.е. сигналы, амплитуды и фазы которых совпадают. Так как в отсутствие входныхсигналов каскад сбалансирован (симметричен), то на коллекторахобоих транзисторов устанавливаются одинаковые напряженияU К = EП − I К RК и выходное напряжение U2 = 0.При подаче синфазных сигналов, например, положительнойполярности, коллекторные токи обоих транзисторов возрастут наодну и ту же величину, что вызовет одинаковое уменьшение коллекторных напряжений, т.е. uК1=uК2=UК – iКRК и выходное напряжения U2 = uК1 – uК2 = 0.27АRK(+)iKiKU2(+)VT2VT1U1+E ПiЭiЭ(-)А′U1(-)Рис.
2.2. Упрощенная принципиальнаясхема однокаскадного ДУТаким образом, идеально симметричный ДУ усиливает толькодифференциальные сигналы и не реагирует на синфазные сигналы. Т.к. к синфазным компонентам можно отнести, например,изменение температуры окружающей среды или изменение напряжения питания, то такой ДУ будет обладать идеальной температурной стабильностью и не будет реагировать на изменениенапряжения питания. Кроме того, он не будет чувствителен кодинаковым постоянным напряжениям на обоих входах, что облегчает осуществление межкаскадных связей.Если же ДУ несимметричен, то в отсутствие входных сигналов, на его выходе появляется конечное напряжение, которое изменяется во времени из-за воздействия на ДУ различных дестабилизирующих факторов.Это изменение называется дрейфом нуля выходного напряжения.
Величину этого напряжения и его дрейф можно уменьшитьвведением отрицательной обратной связи (ООС) для синфазныхсоставляющих (рис. 2.3.а). При действии синфазных сигналоводинаково увеличиваются эмиттерные токи iЭ1, iЭ2 и на сопротивлении RЭ возникает напряжение RЭ(iЭ1 + iЭ2), которое через источники сигналов воздействует на оба входа, вызывая уменьшение напряжения uБЭ=u1–RЭ(iЭ1+iЭ2), т.е.
в схеме возникает последовательная ООС по току, которая уменьшает коэффициент усиления для синфазных сигналов. Если же на входы поступаютдифференциальные сигналы, то токи iЭ1 и iЭ2 протекают через RЭ28в противоположных направлениях и напряжение ОС uОС=RЭ(iЭ1–iЭ2)≈0, т.е. для полезного дифференциального сигнала ОС практически будет отсутствовать._+ ЕП/2RK(+)U2VT1RКRKVT2RГ 1(+)(+)RЭU1iЭ1iЭ2–ЕП/2+(-)eГU1U2VT1iЭ13RК+ЕП/2+_VT2iЭ22RЭI0(ГСТ)(-)0а)(-)_+ ЕП/2б)Рис. 2.3.
Однокаскадные ДУ с ООС по токуДовольно часто выходное напряжение снимается с коллектораодного из транзисторов относительно общего провода, т.е. используется несимметричный выход. В этом случае при RЭ=0 ДУтеряет свойства подавлять синфазные сигналы. Чтобы сохранитьдостоинства ДУ и при несимметричном выходе, необходима глубокая ООС, т.е. теперь наличие резистора RЭ принципиально необходимо.Если глубина ОС≥80 дБ, то можно считать, что реакция ДУ насинфазные сигналы практически отсутствует. Для получения такой глубины ОС необходимо сопротивление RЭ порядка сотенкОм.
Если IЭ1=IЭ2=IЭ=1 мА, то падение постоянного напряженияна этом сопротивлении будет исчисляться сотнями вольт, т.е.обычный резистор здесь не пригоден.Хорошие результаты даёт использование в качестве RЭ генераторов стабильного тока I0 (ГСТ) (рис. 2.3.б), которые имеютсопротивление изменяющемуся (переменному) току значительнобольше, чем постоянному. Поэтому при падении на RЭ постоянного напряжения порядка 1,5…2 В, удаётся получить сопротивление переменному току сотни кОм, т.е. обеспечить глубокуюООС для синфазных сигналов.29Для питания ДУ с ГСТ обычно используют биполярный источник питания, что позволяет получить практически нулевуюразность потенциалов между каждым из входных зажимов и общим проводом, а в этих условиях баланс схемы (установка нуля)не зависит от сопротивлений внешней цепи, подключённой ковходу ДУ, т.е. от сопротивления источника сигнала.
В частностиможно заземлять один из входных зажимов ДУ, не нарушая баланса схемы (рис. 2.3.б). Если на вход 1 поступает, например,сигнал положительной полярности, то это вызывает падение напряжения на RЭ такой полярности, что транзистор VT2 подзакрывается, т.е. токи iЭ1 и iЭ2 имеют противоположное направление иОС за счёт RЭ нейтрализуется.2.3. Порядок выполнения работыВнимание! При проведении измерений (кроме пункта 4) переключатель SA2 должен находиться в положении “выкл”.1.
Определить значения токов ГСТ, соответствующих двумположениям переключателя SA3 (Iгст1 и Iгст2). Определение величины тока ГСТ проводится косвенным способом путем измерения падения напряжения на резисторе R11 или R15.Зная принцип работы ДУ можно рекомендовать следующуюметодику измерения тока ГСТ. Подключить вольтметр постоянного тока к гнезду X4 или X5 относительно общего провода. Изменяя резистором R10 уровень дифференциального сигнала, подаваемого на ДУ, добиться максимальных показаний вольтметра.Максимальные показания вольтметра будут соответствовать закрытому состоянию транзистора VT1 или VT2 и будут равны напряжению питания каскада ( EП ).
При этом весь ток ГСТ будетпротекать через другой транзистор, напряжение на коллекторекоторого будет иметь минимальное значение ( U min ). Соответственно величину тока ГСТ можно определить как:E − U min,I ГСТ = ПR30где R – сопротивление резистора R11 или R15, равное 2.4 кОм.Полученные значения токов для двух положений переключателя SA3 сообщить преподавателю.2.
Снять и построить амплитудные характеристики ДУ на постоянном токе для дифференциального сигнала при двух значениях тока ГСТ.Входное постоянное дифференциальное напряжение изменятьрезистором R10 в пределах ±80 мВ с шагом 10 мВ. Входное дифференциальное напряжение контролировать на гнезде X1 относительно общего провода. Выходное напряжение снимать с клеммX4 и X5 относительно общего провода (несимметричный выход).Результаты измерений свести в таблицу (см.
табл. 2.1).Таблица 2.1Uвх. диф.мВX4, Iгст1В Iгст2X5, Iгст1В Iгст2-80-70…-10010…70+80Пары амплитудных характеристик, измеренных при разныхзначениях тока ГСТ, построить на разных графиках. По полученным характеристикам определить приближенное значение напряжения смещения нуля и диапазон входных сигналов, соответствующих линейному режиму ДУ.3. При максимальном токе ГСТ измерить точное значение напряжения смещения нуля.
Для этого следует подключить вольтметр постоянного тока к клеммам X4 и X5 (симметричный выход)и путем изменения уровня входного дифференциального напряжения резистором R10 добиться нулевых показаний вольтметрана самом чувствительном пределе (200 мВ). При этом входноедифференциальное напряжение будет равно напряжению смещения нуля и его следует измерить на клемме X1.31Установку нулевого выходного дифференциального напряжения следует начинать при наиболее грубом пределе измерения вольтметра (20 В), последовательно переходя на болеечувствительные пределы. На практике может оказатьсясложным добиться нулевых показаний вольтметра.
Поэтомуизмерение напряжения смещения нуля можно считать корректным, если выходное напряжение укладывается в интервал ±20 мВ.4. Ввести в схему ДУ асимметрию переключателем SA2 и повторить измерение напряжения смещения нуля.5. Измерить коэффициент передачи ДУ по напряжению длядифференциального сигнала на частоте 1 кГц при несимметричном выходе. Измерения проводить при двух значениях тока ГСТ.Для проведения измерения необходимо подать с генератораНЧ сигналов на дифференциальный вход ДУ (клемма X1) гармонический сигнал с амплитудой, не превышающей размах линейного участка амплитудных характеристик ДУ (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
