Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Для устранения отмеченного недостатка усилитель несколько усложняют, вводя раздельные (индивидуальные) смещения на базы транзисторов с помощью схемы сдвига уровня (рис. 9.26, а). Совмещенные характеристики для этого варианта показаны на рис. 9.26, б. В данном случае используется режим класса АВ. оЕ„ -Е к а) б) Рис. 9.26. Схема (а) и передаточные характеристики (б) двухтактиого усилителя класса АВ иа комплемеитариых траисисторсх Поскольку параметры интегральных и — р — я- и р-я-р-транзисторов значительно различаются, в качестве транзистора Т2 на рис. 9.26 и 9.26 часто используют +Е„ составной р-п-р-транзистор (рис.
9.2). Е Это способствует симметрии выходного и 1 каскада и уменьшению нелинейных искажений. 1! () (2 Если по тем или иным причинам Е выходной каскад нужно строить на оду! нотипных (не комплементарных) трант( зисторах, схема каскада выглядит ина(гс+ (( че (рис. 9.27). Здесь транзистор Т1 открыт в течение обоих полупериодов. В Ек режиме покоя ток 1„( и сопротивление с Гис 9 27 двухтакпгми Вк ВЫбнраЮтСЯ таК, ЧтОбЫ ПОтЕНПИаЛ о усилителе класса дв иа коллектора Ух) был равен нулю. При транзисторах одкого типа этом диод Д и транзистор Т2 заперты; ток в нагрузке отсутствует. Ззэ 9.9.
Выкедкые каскады Во время положительной полуволны входного сигнала потенциал У„1 падает, открывается диод Д, и через нагрузку протекает ток по штриховой стрелке 1. Транзистор Т2 остается запертым, так как прямое напряжение У* на диоде создает на эмиттерном переходе обратное смещение (см. знаки «+» и «-» без скобок).
Во время отрицательной полуволны потенциал У„1 повышается, отпирается транзистор Т2, и ток через нагрузку протекает по штриховой стрелке Л. При этом диод заперт, так как прямое напряжение У* на эмиттерном переходе создает на диоде обратное смещение (см. знаки «+» и «-» в скобках).
Для того чтобы открылся диод Д (положительная полуволна) или транзистор Т2 (отрицательиая полуволна), потенциал У, должен измениться на величину ьУ* по сравнению с потенциалом покоя. Значит, минимальная амплитуда входного сигнала, на которую реагирует данный усилитель, составляет где К вЂ” коэффициент усиления каскада на транзисторе Т1. Коэффициент усиления может быть достаточно большим, поэтому обычно нет необходимости использовать класс АЗ„т.е. вводить дополнительные смещения подобно тому, как это было на рис. 9.26. Очевидно, что полуволны напряжения на нагрузке будут одинаковыми только в том случае, если будут одинаковыми коэффициенты усиления положительного и отрицательного входного сигнала.
При положительном сигнале коэффициент усиления К+ пропорционален сопротивлению В„, которое в этом полупериоде является коллекторной нагрузкой транзистора Т1. При отрицательном сигнале коэффициент усиления К пропорционален сопротивлению В„(транзистор Т2 в этом полупериоде выполняет функцию эмиттерного повторителя). Следовательно, равенство К+ = К требует выполнения равенства В„= В„.
Недостатком схемы является то, что изменение сопротивления В„сопровождается изменением амплитуды отрицательной полуводны выходного напряжения (когда ток нагрузки протекает по стрелке 1), поскольку при этом изменяется коэффициент усиления К«. Чтобы избежать этого недостатка, схему нужно дополнить буферным повторителем. Глава 9. Основы аналоговой схемотехники 394 9.10. Стабилизаторы напряжения Стабилизаторы напряжения необходимы прежде всего в качестве источников питания ИС.
Примером могут служить усилители постоянного тока, в которых, при питании от нестабилизированных источников, существенное значение приобретает один из компонентов дрейфа (см. Равд. 9.3). Кроме того, простейшие стабилизаторы напряжения широко используются в качестве источников смещения во многих аналоговых схемах, в том числе в операционных усилителях. Параметры стабилизаторов. На скелетной схеме (рис. 9.28) величина У) — нестабилнзированное (нходное), а величина У вЂ” стабилизированное (выходное) напряжение; 1 и 12— входной и выходной токи стабилизатора; В„= Уз,(12 — сопротивление нагрузки.
г 12 Конечно, выходное напряже- 1 ние стабилизатора не может быть и и л абсолютно стабильным. Прираще! 3 — ния ЛУ2 малы (т.е. лежат в допустимых пределах), но все же завирне 928 скелетная схема сят от приращений входного настабилизатора напряжения пряжения и выходного тока . 1 Поэтому запишем относительную нестабильность выходного напряжения в виде суммы двух слагаемых: ~ ~У2 аУ2 ".~У2 и г У2 У2 У2 (9.77) где первое слагаемое обусловлено нестабильностью входного напряжения, а второе — нестабильностью выходного тока. Составляющие относительной нестабильности принято выражать через два основных параметра стабилизаторов — коэффициент стабилизации и выходное еопротивлениез: 1 Помимо этих зависимостей, имеет место температурный и временной дрейф выходного напряжения, аналогичный дрейфу в усилителях постоянного тока (см.
равд. 9.3). Этот тип нестабильности далее не рассматривается. 2 Знак минус в правой части (9.786) означает, что увеличение выходного тока (Ыз>0) сопровождается уменьшением выходного напряжения (аут< О). 9.10. Стабилизаторы ивиряязенил ыУ2 1 ЛС1 ~2 ~от ~1 (9.78а) ~~~ 2 ~2 1 — = -В зых (1 2 2 (9. 78б) Из выражения (9.78а) следует, что коэффициент стабилизации определяется следующим образом: ~2 ~~~1 К ~1 ~~~ 2 (9.
79) (при этом ток 7 считается постоянным). Что касается выходно- го сопротивления, то оно определяется общим выражением (см. равд. 9.3): (9.80) ~)вых = Я,ых)ххl(7вых1«' л, з-[::::3- $ з а) Рис. 9.2Э. Днодиый стабилизатор с использованием стебилнтрона При использовании (9.80) нужно представить стабилизатор малосигнальной эквивалентной схемой.
Ясно, что качество стабилизатора тем выше„чем больше коэффициент стабилизации и чем меньше выходное сопротивление. Днодные стабилизаторы. Простейшая схема диодного стабилизатора с использованием источника тока и кремниевого стабилитрона показана на рис. 9.29, а. На рис. 9.29, б показана малосигнальная эквивалентная схема. Из рисунка следует, что выходное напряжение определяется номинальным напряжением стабилитрона: Уз = У„. Обычно Ул > 5 — 6 В при лавинном пробое и У = 2 — 5 В при туннельном пробое (см. л равд.
3.2). Глава Э. Освоен авваотовой схсмотсхвваи Поскольку ток 11 задан, увеличение выходного тока сопровождается уменьшением тока диода. При коротком замыкании выходных зажимов (В„= О) получаем: 1 = О, т.е. диодыый стабилизатор»не боится» коротких замыканий на выходе. Эта особеныость свойственна всем стабилизаторам параллельного типа„у которых регулирующий элемент включен параллельно нагрузке. Выходное сопротивление диодного стабилизатора согласно (9.80) равыо Ва - гд!| В1»гд.
(9.81) Значение гд обычно составляет 10-20 Ом при номинальном токе 5-10 мА и несколько возрастает с уменьшением тока. Коэффициент стабилизации в случае идеальыого источыика тока (В, = ю) оказывается бесконечно большим, поскольку в этом случае изменения входного напряжения ЛУ1 ни в какой степени ые передаются ыа выход. При конечном значеыии В, приращения ЛУ2 и МУ1 связаны коэффициентом передачи резистивного делителя напряжения (рис. 9.29, б): гд г МУ2 с»У1 д ЬУ1 д . В,+г, В, Подставляя отношение МУ2/Ь(У в выражение (9.79), получа- ем У2 В1 К ст У1 гд (9.82) Ввыа сд (РУIУд) + 16 (9.83) Например, если Уз/У1 = 0,8; В, = 50 кОм и гд 10 Ом, то К - 4000. Такое значение коэффициента стабилизации вполне приемлемо в большинстве случаев.
Главную же проблему представляет сравнительно большое выходное сопротивление стабилизатора. Вместо стабилитрона (т.е. диода, работающего в режиме пробоя) можыо использовать диод, работающий в режиме прямого тока (рис. 9.30). В этом случае выходное напряжение У2 У*, а выходное сопротивление 9.10. Стабилизаторы напряжения где первое слагаемое есть дифференциальное сопротивление перехода, а второе — сопротивление Е б * базового слоя. С ростом тока на- гт, г Д гг( л 1 Г„ грузки ток 1д уменьшается и выходное сопротивление существен- НО ВОЗраСтаЕт. МИНИМаЛЬНОЕ Зиа- Рис. 9.30. Диодимй стабилизатор чение В соответствует режиму с использованием прямого гых холостого хода (11 = О), но в любом случае оно ограничено значением гз (обычно не менее 2 — 5 Ом). Коэффициент стабилизации получим, подставляя в (9.82) величину гд из (9.83) и Уг = У': У* В, Х ст Уг ч,т.1 + го (9.84) Например, если В, = 50 кОм, 1д - 1 мА, гг = 5 Ом н Уг = 5 В, то К„м 220 и В,„„= 30 Ом.
По сравнению с параметрами предыдущей схемы выходное сопротивление получилось в 3 раза больше, а коэффициент стабилизации в 20 раз меньше. В обеих рассмотренных схемах вместо источника тока можно использовать рези- во стор, который называют балластны.в з (Рис. 9.31). Выходное сопРотивление в этом о г д иг 1 варианте практически не отличается от (1„ предыдущих, но коэффициент стабилизации имеет свою специфику. Она обусловлеходное напряжение связаны друг с другом: резистором Уг Уг + 1Фо Подставляя зто значение Уг в (9.82)и заменяя В,на Вз,получаем: Уг Во Уг + 1гйо 'д (9.85а) Как видим, с увеличением сопротивления В коэффициент стабилизации данной схемы, в отличие от предыдущих, стремится к предельной величине: (9.855) Глава 9. Основы аналоговой скомотохннкн 398 Пусть значения У я г такие же, как н в предыдущем примере (0,7 В н 30 Ом), в пусть|, = 2 мА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
