Электротехника Касаткин (967630), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Стабилизация режима покоя будет тем эначительнеч, чем ббльше сопротивление цепи эмиттеров гз, Для этой цели в цепь эмиттеров иногда включают источник тока « = 7з,п + 7 Из (10.34) видно, что любые одинаковые изменения в одноименных плечах каскада не вызывают изменения напряжения о', т. е. дрейпых.п' фа нуля. В реальных каскадах нет полной симметрии элементов, однако дрейф напряжения ст „и в дифференциальном усилителе по сравнению с усилительными каскадами на биполярных (см.
рис. 10.60) и полевых (см. рис. 10.67) транзисторах снижается на несколько порядков. Дифференциальный усилитель работает в различных режимах. Усиление сигнала одного источника, Источник сигнала подключается симметрично (рис, 10,71, а) цпн несимметрично (рис. 10.71, б н в) . Заметим, что в схеме на рнс. 10,71, б фазы напряжений на выходе усилителя и„и сигнала ие совпадают, а в схеме на рис. 10.71, в их фазы противоположны.
Соответствующий вход усилителя называется неинвертирующим или инвертирующим н обозначается на схеме знаками плюс или минус. Основные параметры дифференциального усилителя рассчитываются при помощи его схемы замещения в режиме малого сигнала, например при подключении источника синусоидального сигнала к неннвертирующему входу (рис. 10.72). Исключая из схемы резистивные элементы 289 10-27 Рвс 70.7! Рвс. 10.77 11йээ и г с большими относительно других реэистивных элементов сопротивлениями, полу ием: гвх = 2611 (10.35а) — входное сопротивление; г =2г вых К (10З56) — выходное сопротивление; гас и„ 'й с Г + г г + ВЫХ В ВХ ВТ (10.35в) — коэффициент усиления напряжения источника сигнала, где (! 0.35г) 1 гя„тг, Г е, и, Рис.!033 291 — коэффициент усилений напряжения на входе дифференциапыюго усилителя в режиме холостого хода (га = ) .
Подключение независимых источников сигналов на оба входа. Различают протнвофазное и синфазное включение двух источников сиг. палов, т. е. с противополцжнымн и одинаковыми полярностями относительно общего узла цепи. При цротнвофазном включении и„> 0 при и, < 0 на рнс. !0.70 (ш)и наоборот) токи базы н коллектора одного транзистора (РЯ~) возрастают, а другого (РЯВ) уменьшаются (или наоборот) на такое же значение.
Одновременно на соответствующих транзисторах уменьшаются илн увеличиваются (или наоборот) напряжения на коллекторах, разность которых определяет напряжение на выходе уснллтеля. Действие сннфаэных сигналов равного значения и„= и,э соответствует одинаковому изменению режимов работы транзисторов.
При этом изменения напряхюння на выходе усилителя с идеальной симметрией плеч по (10.34) не будет. Зто особенно важно, так как синфаэные сигналы представляют собой обычно различного рода помехи (атмосферные, сетевые и т. д.) . Вмраивниям (10.35в) и (10.35г) соответствует обобщенйая схема замещения дифференциального усилителя (рнс. 10.73). Разделение входной и выходной цепей отражает наличие источников тока в схеме эаыещення на рис, 10.72. Знак плюс или минус соответствует подключению источника сигнала к неинвертнрующему или ююертирующему входу уснлзпеля (ключ К в положении 1 или 2), Вместо биполярных транзисторов в дифференциалыюм усилителе могут применяться полевые транзисторы.
Значения параметров днфферснциальных усилителей на биполяр. ных и полевых транзисторах того жс порядка, что н у каскадов с ОЗ и ОС соответственно. Основные достоинства дифференциальных усилителей — помехоустойчивость к сннфазным помехам и малый дрейф нуля — до 1-!О мкВ!'Г, что а 20-100 раз меньше дрейфа нули в небалансных усилителях постоянно~о Тока. По этой причине дифференциальнью усилители применяются, а частности, в качестве входных каскадов операционных усилителей постоянного тока.
10.17. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ Операционные усилители (ОУ) представляют собой разновидность усилителей постоянного тока с верхней границей амплитудно-частотной характеристики~; =10э -: 10' Гц (см. рис. 1059, а). Свое название «операционные» усилители этого типа получили от первоначальной области их преимущественного применения для выполнения математических операций над аналоговыми величинами (сложение, вычитание, интегрирование и т. д.). В настоящее время ОУ прнмепяютса прн создании электронных устройств самого различного функционального назначения (стабилизация напряжения, генерация сигналов различной формы и т. д.).
Операционнью усилители часто аыпщшяют многокаскадными с непо. средственпымн связями, которые содержат несколько десятков трап. зисторов, На входе ОУ включается дифференциальный усилительный каскад лля умсньщеиия дрейфа нуля, зазсм — промежуточные усв1нтельные каскады для получения необходимого усиления и на выходе— повторитель напряженна дпя уменыпения выходного сопротивления. Разработка ОУ вЂ” сложная проблема, Однако это нс затрудняет нх практического применения, так как н насп>ящсе нрсмя они изготовляются в виде интегральных микросхем. Подобно схеме замспгения дифференциального усилителя (см.
рис. 10.73) входную н нгяходну1о цспн ОУ н режиме малого сигнала удобно представить схемами вмещения на рис. 10.74, где А ях = 104 + 10' — зпачсннс коэффициента усиления напряжения на входе ОУ в режиме холосто7о хола, г =. !О е !О' Ом н г =!0+50(!м— ач Выь !чп !0.74 Рис. Года Рис. !0.75 входное и выходное сопротивления ОУ. Узел с нулевым потенциалом в схеме замещения выходной цепи ОУ соответствует средней точке цепи питания. На рис.
10.75, а, б приведены условные изображения ОУ. Усилительные свойства ОУ определяют его амплитудные характерисп!ки по ннвертируюшему и иеинвертнрующему входам при разомкнутой цепи нагрузки (кривые 1 и 2 на рнс. 10.76, а) . Для типового значения ЭДС источника питания Е = 10 В насьпцение транзистора повторите. ла напРЯженна выходного каскада пРоизойдет пРи иьх 'ь 67Кьх = = т 10,1 + 1) мВ.
Дальнейшее увеличение напряжения и „не вызывает изменения напряжения на выходе. Пренебрегая малым значением напряжения насыщения и „„, введем понятие идеального ОУ, у которого коэффициент усиления напряжения в режиме холостого хода и входное сопротивление имеют бесконечно большие значения, т. е. К„„.+ и г „. Это равносильно тому, что напряжение и ток иа входе идеального ОУ в режиме усиления сигналов равны нулю (10.36) а его амплитудные характеристики по инвертнрующему и неинвертирующему входам имеют вид ломаных линий 7 и 2 на рнс.
10.76, б. В режиме насыщения идеального ОУ напряжение и „Ф О, а ток ! „=О. Если ОУ применяется в режиме усиления сигналов, то будем польюваться его условным изображением на рнс. 10.75„а, если также н в режиме насыщения, то на рнс. 10.75, б. Схема на рнс. 10.75, б поясняет равенство напряжений на выходе ОУ в режиме насыщения и источника питания К нли -Е. 293 Большое значение коэффициента усиления напряжения позволяет использовать глубокую отрицательную обратную связь дпя создания на основе ОУ устройств различного функционального назначения.
толВ. ОВРАТИАя сВЯЗь В УСилиТЕЛях Обратпон связью в технике принято называть воздействие выходной величины устройства иа вход этого же устройства. Обратная связь отрицательна, если в устройстве с обратной связью входная величина уменьшается; в противном случае она положительна, Обратная связь в усилителях может быть последовательной ипи параллельной, по напряжению нли по току, по переменной или ио постоянной составляющей. Последняя уже рассматривалась в й !0.14 и 10.15 для стабилизации ра. бочнх характеристик усилительных каскадов при изменении температуры окружаяяцей среды: В дальнейшем ограничимся анализом обратной связи лишь по переменной составляющей.
В общем случае цепь обратной связи по переменной составляющей представляет собой пассивный четырехполюсник, который своими выводами 1 — 1' и 2 — 2' подключается соответственно к выходной и входной цепям усилителя У. По способу подключения входных выводов 1-! четырехполюсника обратной связи ОС различают обратную связь по напряжению (ряс. 10.77, я) н по току (рис. 10,77, б), по способу подключения его выходных выводов 2 — 2 — параллельную (рис. 10.78, а) и последовательную (рис, 10.78, б).
На рисунках учтено, что обычно один вьвод входной и один вьюод выходной цепей четырехлолюсника соединены накоротко. Положительная обратная связь в усилителях практически не применяется, но лежит в основе работы различного рода автогенераторов, которые будут рассмотрены в дальнейшем.
Отрицательная обратнаа связь используется в усилителях очень широко. Она позволяет создавать на основе усилителей устройства различ1юик (ия Ряс 10.77 ного функционального назначения; сумматоры и вычитатели нацряжений. интеграторы, фильтры н т. д. Рассмотрим примеры применения ОУ, полагая их идеальными, с отрицательной обратной связью. Неищюргнрующнй усилитель. В неннвертнрующем усилителе (рис. 10.79) используется последовательная отрицательная обратная связь по напряжению. В дальнейшем ветвь 1'-2 четырехполюсника обратной связи, соединяющую накоротко зквнпотенциапьные точки входной и выходной цепей ОУ, не будем изображать на схемах. Примем, что напряжение сигнала изменяется сннусоилально, и воспользуемся комплексным методом расчета цепи усилителя.
Запишем уравнение по второму закону Кирхгофа при выполнении условий 110.3б) для контура, отмеченного на схеме штриховой линией, Г! У вЂ” — У =У =О, с „+„н вх о.с в котором вычитаемая величина г! П„/(г! + г ) характеризует последовательную отрицательную обратную связь. Следовательно, коэффициент усиления напряжения неннвертнрующего усилителя (10 37) К„ = и„~ и = (г, + г ,)(, Из (10.37) вид!о, что напряжение Ун не зависит от сопротивления цепи нагрузки г„. Следовательно, по методу эквивалентного источника (134) выходное сопротивление неннвертнрующего усилителя равно нулю (г = О), Входное сопротивление неннвертирующего усилителя велико и определяется входным сопротивлением ОУ.
Г гт ! см Рнс.!0.79 Рнс. !0.78 295 Повторитель напряжения. При выполнении условия г, 8ь ге с значе. ние коэффициента усиления неннвертирующего усилителя (10.37) стремится к единице. В предельном случае (г, -, г, . О) неинвертирующий усилитель преобразуется в повторитель напряжения (рис. 10.80) . Яивертирующий усилитель. В инвертируюшем усилителе используется параллельная отрицательная связь по напряжению (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
