Лекция №8.

Режим покоя I_Rэ = .

U_БЭП = 0, R_э довольно большое, , U_к1п = U_к2п = E_к – I_к R_к;

R_к1 = R_к2.

За счет одинаковости R_к1 и R_к2 для синфазной и дифференциальной составляющих.

Рис.8.1

Рис.8.2

Дифференциальный сигнал – сигнал, отличающийся по фазе. Для дифференциального сигнала два перехода работают в противофазе.

1.Синфазный сигнал.

U_вх1 = U_вх2 = U_вх;

i_Rэ = пренебрегаем падением напряжения на переходе;

i_Rэ = 2i_к , i_к = ;

U_вых = i_к R_к = U_вх;

R_нс = ;

(К_ис) коэффициент усиления синфазной составляющей определяется соотношением : чем больше R_э , тем меньше R_нс .

Если R_к = R_э , то К_ис = 0.5;

К_ис очень мал и определяется сопротивлением в цепи эмиттера. В качественных усилителях вместо R_э ставится источник тока.

2.Дифференциальная составляющая.

Рис.8.3

i_к1 = -i_к2 , i_вх =;

i_к1 = βi_вх;

U_вых = I_к R_к = β;

К_ид = ;

Коэффициент усилителя дифференциальной составляющей в 2 раза меньше, чем коэффициент усиления каскада на одном транзисторе. С уменьшением входного тока r_э увеличивается, а r_вх уменьшается.

r_вх = r_Б + (β+1) r_э;

К_{ид симметр} = β;

Качество дифференциального усилителя оценивается коэффициентом ослабления синфазного сигнала (КОСС).

КОСС = ;

КОСС = 20lg , дБ

Методы подавления синфазного сигнала

К_ис = ;

1. Необходимо увеличить R_э.

Но увеличение R_э уменьшает выходные токи, поэтому, чтобы поддержать тот ток, который запланирован, пришлось бы увеличивать напряжение источника питания. Вместо R_э включаем источник тока.

Рис.8.4

r_i = ()r_к^*

К_ис = , 0.001- 0.0001

Существует дифференциальные усилители в интегральном исполнении, которые воспроизводят эту схему; обязательно с источником тока в цепи!

К_ис еще меньше у усилителя в интегральном исполнении.

2. Коэффициент ослабления синфазного сигнала можно подавить, снимая выходной сигнал между коллекторами. Может быть пригоден в предварительных каскадах усилителя, дальше должны перейти на несимметричный выход и с него подать на нагрузку.

3. Применять ООС и в то же время увеличивать R_вх .

Источник погрешности: входные режимные токи I^”_см и I^’_см. Они отличаются друг от друга и определяют ошибку дифференциального усилителя. Проходя через источник сигнала I^”_см и I^’_см создают разные падения напряжения.

Рис.8.5

Операционный усилитель – высококачественный усилитель в интегральном исполнении, который имеет два входа. Имеет очень большое входное сопротивление (в идеале - бесконечность), а также большой К_и и очень малое выходное сопротивление (в идеале - ноль).

Рис.8.6

Усиливает переменный и постоянный токи. U_вх1 – инвертирующий вход.

Лекция № 9. Операционные усилители

ОУ выполняет свои функции с помощью цепей ОС, т.е. они могут осуществить усиление или ослабление сигнала, сложение или вычитание, интегрирование и дифференцирование.

Поскольку все операции, проводимые с помощью ОУ имеют нормированную погрешность, то к его характеристикам предъявляются

определенные требования:

- высокие R_вх (малые I_вх)

- очень высокий коэффициент усиления

- низкое значение R_вых

Частотный диапазон: от нулевых частот до достаточно высоких частот.

ОУ – усилитель постоянного тока. ОУ имеет 2 входа, поэтому он может осуществить все операции, которые делает дифференциальный усилитель.

Рис.9.1

ДА1 – аналоговый элемент

ДД – цифровой элемент

U_вых=-U_вх1*А ; (U_вх2=0)

А – коэффициент усиления ОУ

U_вых=U_вх2*А ; (U_вх1=0)

U_вых=(U_вх2- U_вх1)*А .

1-й каскадный симметричный дифференциальный усилитель:

Рис.9.2

1-ый каскад:

Источник тока в цепи – Э, для подавления синфазной составляющей. Выход симметричный.

2-ой каскад:

Дифференциальный усилитель, но не симметричный. Выходной каскад (аконечный) – схема с ОК, делитель сигнала выполнен на ктивных элементах, все это работает как составной транзистор.

β_Σ=β₁ * β₂;

делитель R₉ снабжен элементом VT8 и выполняет функцию источника тока.

VT7, VT8 выполняют функцию каскада сдвига уровня

Каскадирование решается методом сдвига уровней.

Параметры ОУ

Одна из главных характеристик: амплитудная (передаточная) характеристика.

Зависимость U_вых от U_вх:

Рис.9.3

Сигнал подаем на инвертирующий вход. Рабочая область линейна и имеет очень большой наклон.

Примечание: ОУ не может работать без ОС!

Условие – при U_вых=0 и U_вх=0 не выполняется.

Смещение реальной характеристики.

Причина разбаланса: разброс параметров элементов дифференциального усилителя и зависимость этих параметров от температуры.

Для балансировки могут быть включены дополнительные внешние элементы (калибровочные).

Упрощенная эквивалентная схема:

Рис.9.4

В идеале R_вх=_.

В реальных схемах имеется конечное значение сопротивления между входами, т.е. R_диф (пр. 500кОм).

На входе большое сопротивление синфазного сигнала, на входе текут не нулевые токи, а конечные значения токов; токи смещения являются режимными токами. I_см – параметр определяющий точность.

На выходе–R_вых ненулевое, имеет большое значение, R_вых =~200, 150 Ом, его можно уменьшить (пр., с помощью ОС).

Суммарная ошибка ОУ

U_ош=U_{cm 0} + α_t ΔT+ (I_CM+R_CM- I_CM-R_CM);

α_t=;

U_см0 зависит от температуры;

ΔΔI_см разность входных токов от температуры(дрейф);

ΔI_см- разность входных токов по температуре.

Усилительные параметры - К_нд, КООС, К_нсф;

Входные параметры – R_вхд, R_вхсф, U_{вх сф доп}, U_{вх д доп},U_{см о}, I_см, Δ I_см , ΔΔ I_см;

Выходные параметры – R_вых, U_{вых мах,} I_{вых доп}.

Типы ОУ:

- ОУ общего применения;

- ОУ быстродействующие;

- ОУ прецизионные(точные).

Временные и высокочастотные параметры ОУ. Динамические параметры.

Рис.9.5

V_вых ()- скорость изменения выходного напряжения.

t_уст- время, за которое заканчивается переходной процесс установления ОУ.