1629216643-4191d351b78f7037da79c6d0fc355cfb (845978), страница 5
Текст из файла (страница 5)
1.22 сопротивлений Rг на Rвых и Rвх наRн , конденсатора С1 на С2 и напряжения U г на напряжение холостого хода каскада. Тогда получимU вых ( p) = U г ( p) Kup τ2,1 + p τ2где τ2 = C2 ( Rвых + Rн ) — постоянная времени. Относительныйспад плоской вершины импульса, обусловленный конденсатоtром С2, равен δ2 = и .τ233Влияние блокирующего конденсатора Cэ находится подстановкой в формулу K u для средних частот вместо сопротивления rэ⎛ 1 ⎞⎟⎟ .суммы сопротивлений rэ + Rэ || ⎜⎜⎝ p Cэ ⎠Коэффициент усиления меняется с постоянной времениR +rτэ = Cэ Rэ || Rвых. т , где Rвых. т = rэ + г б — выходное сопротив1+ βление транзистора со стороны его эмиттера.
Относительный спадплоской вершины импульса, обусловленный конденсатором Cэ ,tравен δэ = и .τэСовместное действие всех трех конденсаторов определяет суммарный спад плоской вершины импульса:⎛1 1 1⎞tδ = δ1 + δ2 + δэ = ⎜⎜ + + ⎟⎟ tи = и .ττττ2э⎠н⎝ 1Постоянная времени спада плоской вершины импульса τн и1нижняя граничная частота f н связаны равенством f н =. В2π τ нобласти низших частот каскад ОЭ ведет себя аналогично дифференцирующей цепи. Поэтому амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики аппроксимируются нижеследующими аналитическими формулами:Ku ( f ) =Ku⎛f ⎞1 + ⎜⎜ н ⎟⎟⎝ f ⎠2,34⎛f ⎞ϕ ( f ) = arctg ⎜⎜ н ⎟⎟ .⎝ f ⎠Глава 2Интегральные операционные усилителиИнтегральные операционные усилители (ОУ) представляютсобой совокупность последовательно соединенных каскадов:входного дифференциального, каскада согласования уровней ивыходного каскада.
Дифференциальный каскад (ДК) обеспечиваетсогласование ОУ с источником сигнала. Он имеет большойкоэффициент усиления и большое входное сопротивление. ОУ —это усилители постоянного тока. У них отсутствуют разделительные и блокирующие конденсаторы. Каскады соединяютсямежду собой непосредственно — гальванически.
Этим обеспечивается fнгр = 0. Поэтому выходной потенциал предыдущего каскададолжен быть равен входному потенциалу последующего. Для этогоиспользуются специальные каскады согласования уровней.Выходной каскад должен иметь минимальное выходное сопротивление и должен отдавать максимальную мощность внагрузку.
Избыточно большие коэффициент усиления и входноесопротивление, малое выходное сопротивление позволяют считатьОУ в ряде случаев «идеальным» усилителем. Поэтому интегральные ОУ являются наиболее распространенными аналоговымиэлементами.2.1. Дифференциальный каскадДифференциальный каскад имеет два входа. Он усиливаетразность входных сигналов. Это позволяет усиливать сигналынамного меньше общей помехи присутствующей одновременно наобоих входах ДК.
Поэтому дифференциальный каскад используется в качестве входного в интегральных операционныхусилителях, а также во многих многокаскадных усилителях.35Рис. 2.1Дифференциальные каскады строятся как на биполярных так ина полевых транзисторах.
Схема каскада на биполярныхтранзисторах представлена на рис. 2.1. Для эффективногоподавления помех схема строится симметричной с максимальноидентичными параметрами транзисторов и одинаковым сопротивлением резисторов Rк1 и Rк2 .Каскад питается от двух источников напряжения противоположной полярности + U ип1 и − U ип2 . При отсутствии сигналовна входах базы обоих транзисторов находятся под нулевым поU − U бэ U ип2тенциалом. Следовательно ток I 0 = ип1. Параметры≈RэRэинтегральных транзисторов одинаковы с точностью в несколькопроцентов. Поэтому ток I 0 делится между транзисторамиIпрактически поровну, т.е.
I э1 ≈ I э2 = 0 . Выходное напряжение2U вых =являетсяразностьюпотенциаловколлекторов= I к1 Rк1 − I к2 Rк2 и, ввиду симметрии схемы, равно нулю. Однако,потенциалы коллекторов транзисторов не равны нулю.Для анализа усилительных свойств ДК входные и выходныенапряжения удобно представить в виде комбинации парафазнойU пф и синфазной U сф составляющих сигналов.
Например, U г1 =U гсф + U гпф , U г2 = U гсф − U гпф .36Парафазные сигналы подаются одновременно на оба входа ДК иимеют одинаковую частоту, форму и амплитуду, но отличаютсяполярностью (или фазой на 180°).Синфазными сигналами являются два одинаковых сигнала,подаваемых одновременно на оба входа ДК. К синфазнымсигналам относятся, например, помехи.Коэффициенты усиления парафазного и синфазного сигналовотличаются на несколько порядков. По их отношению можносудить о качестве ДК.Пусть на базу Т1 поступает положительный сигнал, а на базуТ2 — отрицательный.
Тогда ток эмиттера Т1 увеличится нанекоторую величину Δ iэ1 , а ток эмиттера Т2 уменьшится на Δ iэ2 .При полной симметрии схемы и линейном режиме Δ iэ1 = Δ iэ2 иI 0 = const . Напряжение на эмиттерах транзисторов будет такжепостоянно (как в каскадах ОЭ). Поэтому парафазные сигналыусиливаются как в каскаде ОЭ с коэффициентом усиления(см. п. 1.4):β γ ∗к Rк.K у. u =Rг + RвхВыходное напряжение равно удвоенному изменению напряжения на коллекторах транзисторов: U вых = 2U пф K у. u . Но, поопределению, U пф = 0,5 (U г1 − U г2 ) . ПоэтомуU вых = K у.
u (U г1 − U г2 ) .При поступлении синфазных сигналов токи эмиттеров Т1 и Т2изменяются на некоторую величину Δ iэ . Напряжение на эмиттерах изменится на величину 2Δ iэ Rэ . Поэтому для синфазныхсигналов ДК можно представить в виде двух симметричныхкаскадов ОЭ с резисторами 2Rэ в эмиттерах. Синфазные сигналы,очевидно, усиливаются хуже парафазных.
Однако, из-за технологического разброса симметрия ДК не полная. Поэтому на еговыходе будет присутствовать сигнал37U вых = U гсфβ γ ∗к Rк2 (δ Rк + δ β) ,Rг + rб + (rб + 2 Rэ ) (1 + β γ ∗к )где δ Rк и δ β — относительные разбросы Rк и β относительносвоих средних величин. Для приближенной оценки коэффициентовусиления можно воспользоваться следующими формулами (см.,например, п. 1.4):RRK у, u ≈ к , K у, сф ≈ к (δ Rк + δ β) .RэrэОтсюда коэффициент ослабления синфазных входных напряRэ.жений K ос. сф ≈rэ (δ Rк + δ β)Увеличение K ос. сф увеличением Rэ неэффективно, так какпри этом необходимо увеличивать напряжение питания U ип .В микросхемах вместо линейных резисторов Rэ используются нелинейные сопротивления — выходное сопротивление транзисторов в схеме ОБ.На рис.
2.2 показана такая схема. Она аналогична дифференциальному каскаду микросхемы К118УД1. С помощьюРис. 2.2дополнительного источника U ∗и резистивного делителя напряжения R1–R2 задается потенциал базы транзистора Т3 и темсамым ток через R3. Этот ток, очевидно, близок к I к = I 0 .Транзистор Т4 работает как диод. Он предназначен для термокомпенсации нестабильности тока I 0 . В данном случае транзисторТ3 представляет собой генератор тока с высоким выходнымсопротивлением. Как показано в [6] это сопротивление порядка380,5rкз .Пустьδ β = 0,05 ,rкз = 106 Ом ,rэ1,2 = 50 Ом( I э1 = I э2 = 0,5 мА ),δ Rк = 0,1.
Тогда K ос. сф ≈ 1,6 ⋅ 105 или в децибелах20 lg 1,6 ⋅ 105 ≈ 104 дБ .Для повышения коэффициента усиления ДК в цепяхколлекторов транзисторов Т1и Т2 используется так называемая динамическая нагрузка. Принцип действия такогоДК иллюстрируется рис. 2.3.При передаче парафазныхсигналовΔ U г1 = − Δ U г2 ,U э = const , а Δ I к1 = − Δ I к2 .Так как U бэ3 = U бэ4 ,тоРис. 2.3Δ I к1 = Δ I к4 . Следовательно,Δ I н = Δ I к4 + Δ I к2 = 2Δ I к1 , а Δ U н = 2Δ I к1 Rн .
Приращение токаколлектораΔ I к1 = β1Δ U г1β1 Δ U г1Δ U г1=≈ α1.∗Rвхrэ1rб1 + (1 + β1 γ к ) rэ1ΔU нR= α1 н .2 ΔU гrэ1Коэффициент усиления K у, u может достигать нескольких тысячОтсюда K у, u =даже при однотактном выходе.2.2. Каскады согласования уровнейПомимо согласования потенциалов к рассматриваемым каскадам предъявляются требования максимально высокого коэффициента передачи напряжения переменного тока и низкоговыходного сопротивления. Можно выделить три основных типасхем каскадов согласования уровней (КСУ).39На рис.
2.4 представлена схема КСУ сопорным диодом Д оп . Пусть напряжение стабилизации опорного диода U ст , а напряжениемежду базой и эмиттером транзистора U бэ .Тогда U вых = U вх − U вх − U ст . Если требуетсяиметь U вых = 0 , то необходимо выполнитьусловие U ст = U вх − U бэ . Коэффициент передачи каскада определяется произведением KUэмиттерногоповторителя (транзистор работаетРис. 2.4по схеме с общим коллектором) на коэффициент передачи делителя образованного из дифференциальногосопротивления опорного диода rд и сопротивления резистора Rэ :KU =β ( Rэ + rд )Rэβ Rэ⋅=,Rг + rб + (1 + β) ( Rэ + rд ) Rэ + rд Rг + rб + (1 + β) ( Rэ + rд )где Rг — выходное сопротивление предыдущего каскада.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
