- •Министерство образования рф
- •Основы электроники
- •Основные характеристики и параметры усилителей
- •Амплитудная характеристика
- •Нелинейные искажения Это искажения формы входного сигнала.
- •Обратные связи в усилителях и их влияние на характеристики
- •Структуры усилителей с ос
- •Виды ос
- •Влияние ос на коэффициент усиления
- •Влияние оос на стабильность коэффициента усиления
- •Влияние оос на нелинейные искажения усилителя
- •Влияние оос на ачх
- •Входное и выходное напряжения
- •Влияние оос на Rвых
- •Усилители электрических сигналов на биполярных и полевых транзисторах
- •Структуры схем включения бт
- •Схемы усилителей оэ на бт
- •Выбор и задание режима работы усилителя по постоянному току
- •Усилители оэ с фиксированным током базы с оос
- •Усилитель оэ с фиксированным напряжением базы
- •Выбор ёмкостей
- •Усилители с общей базой
- •Усилитель с ок
- •Особенность схемы ок:
- •Сравнительная характеристика усилителей на бт
- •Эквивалентные линейные модели бт, используемые при расчетах усилителей.
- •Взаимосвязь моделей
- •Основные параметры усилителей на бт. Параметры усилителя оэ в области средних частот.
- •Эквивалентная схема усилителя оэ в области сч
- •Усилитель оэ в области нижних частот. Влияние разделительных емкостей
- •Выбор с1 и с2
- •Учет влияния Сэ
- •Усилитель оэ на вч Учет влияния выходных емкостей транзистора и нагрузки. Эквивалентная схема оэ на вч.
- •Учет влияния Свх, Спрох
- •Усилительные параметры схем об и ок
- •Усилитель ок
- •Усилитель оэ с Rэ
- •Эквивалентная схема в области вч
- •Усилитель с общим затвором
- •Усилитель с общим стоком (истоковый повторитель)
- •Усилители на составных транзисторах
- •Примеры построения составных транзисторов пт и бт
- •Усилитель на составном пт, бт транзисторе
- •Усилители с динамической нагрузкой
- •Источники тока
- •Токовое зеркало с масштабированием токов
- •Многовыводные источники тока
- •Масштабирование токов с помощью транзисторов
- •Источники тока на пт
- •Достоинства источника тока на пт:
- •Многокаскадные усилители
- •Примеры реализации
- •Каскадный усилитель
- •Усилитель двойка
- •Виды ос:
- •Усилители постоянного тока (упт) Основные проблемы при построении упт
- •Требования к идеальному упт:
- •Дрейф многокаскадного усилителя
- •Способы уменьшения дрейфа:
- •Структура и принцип работы усилителей мдм
- •Диаграмма сигналов в основных точках усилителя
- •Дифференциальные усилители (ду)
- •Его свойства
- •Усилительные параметры ду в режиме малого сигнала
- •Недостатки простого ду
- •Способы улучшения характеристик ду
- •Ду четвертого поколения
- •Операционные усилители (оу)
- •Структура оу
- •Обозначения и эквивалентная схема оу
- •Основные параметры и характеристики оу
- •Основные схемы включения оу Свойства и характеристики усилителя
- •Инвертирующий усилитель на оу
- •Не инвертирующий усилитель на оу
- •Ду на оу (разностный)
- •Сумматор на оу
- •Логарифматор на оу
- •Схемы умножения
- •Схемы выделения модуля сигнала оу
- •Однополупериодная схема
- •Двухполупериодная схема
- •Преобразователь модуля напряжения в ток
- •Двухполупериодный выпрямитель с заземленной нагрузкой
- •Фазочувствительные выпрямители. (Схемы управления знаком входного сигнала)
- •Двухполупериодный выпрямитель с «идеальным» диодом
- •Усилители ограничители
- •Для ограничения Uвыхиспользуются нелинейные элементы, имеющие нелинейные вах порогового типа. Например, стабилитроны.
- •Частотно зависимые схемы усиления на оу. Фильтры Фильтры электрических сигналов. Исходные положения.
- •Фильтры 1-го порядка
- •Полосовой фильтр (усилитель переменного тока)
- •Фильтры 2-го порядка на оу
- •Фильтры на гираторах
- •Универсальные фильтры на оу
- •Структура универсального фильтра 2-го порядка на 3-х оу
- •Фазовые фильтры на оу
- •Генераторы сигналов на оу
- •Обобщенная структура генератора синусоидальных сигналов
- •Частотно-избирательные цепи, используемые в генераторах
- •Rc частотно-избирательные цепи
- •Квазирезонансные rc цепи:
- •Практические схемы генераторов синусоидальных сигналов
- •Генераторы импульсных сигналов
- •Мультивибратор на оу
- •Несимметричный мультивибратор (автоколебательный)
- •Заторможенный мультивибратор (мв) или одно вибратор (ждущий мв).
- •Компараторы
- •Триггер Шмидта
Усилительные параметры ду в режиме малого сигнала
Ik1*Rk1 @ Ik2*Rk2 < E1 - Uсинф
Оба транзистора находятся в усилительном режиме даже при большом Uсинф
Rk1 = Rk2 < Rэ
Iэ01 = Iэ02 = I0/2 при Uд = 0
Транзисторы одинаковы и через них протекает одинаковый ток.
Rг = 0;
Ku1 =
входное сопротивление VT1 , у которого в цепи эмиттера нагрузка в виде ОБ.
RвхобТ2 @ rэ2; rэ1 @ rэ2 = 2jT/I0
Ku2 =
Кд = DUвых/DUд = Ku2 – Ku1 @ bRk/rбэ @ RkI0/2jT
Дифференциальный коэффициент усиления ДУ = коэффициенту усиления одиночного транзистора ОЭ.
Усиление ДУ зависит от величины Rk и от режимного тока, следовательно, для увеличения усиления необходимо увеличить Rk
Кс = DUвых/DUс = Ku1 + Ku2 @ Rk/2Rэ
Синфазный коэффициент усиления зависит от величины Rэ и для уменьшения Кс необходимо увеличить Rэ
Косс @ Кд/Кс @ Rэ/rэ = RэI0/jT
Для того, чтобы Косс ® ¥ , необходимо, чтобы Rэ ® ¥
Простой ДУ не обладает высоким Косс
Rвхд = 2rбэ - дифференциальное входное сопротивление между входами.
Входное сопротивление простого ДУ невысокое, соответствует входному сопротивлению ОЭ.
Rвхс - синфазное Rвх - между объединенными входами 1 и 2 и землей.
сопротивлению ОЭ.
Rвхс @ bRэ
Rвых = Rk||1/h22э - соответствует выходному сопротивлению усилителя ОЭ.
Недостатки простого ду
Трудно получить большой коэффициент усиления по напряжению. Если использовать большое Rk , то необходимо использовать и высоковольтное питание. Входное сопротивление невысокое, невысокое Kocc. Из-за технологического разброса не удается полностью устранить дрейф.
ВАХ ДУ
Считаем, что:
Rэ® ¥, тогда iэ1 + iэ2 = I0 = const
iэ1 - iэ2 = 2Diэ1 = 2Diэ2
Приращения токов равные и противоположные в обоих транзисторах.
Найдем Diк1/ iк1
Diк1/ iк1 @ D iэ1/(I0/2) = (iэ1 - iэ2)/( iэ1 + iэ2) (1)
iэ = I0exp(Uбэ/jТ) (2)
Uбэ1 = Uвх1 – Uэ1
Uбэ2 = Uвх2 – Uэ2
При симметричной схеме, когда Т1 º Т2:
Uбэ1 = Uд/2 - Uэ
Uбэ2 = - Uд/2 - Uэ
Uд = Uвх1 – Uвх2
Уравнения (2) и связь Uбэ подставляем в (1):
Uд @ 4jТ = 0,1 В Þ Dik @ 0,96I0/2
При Uвх >0,1 В в ДУ начинается ограничение выходного сигнала.
При Uд £ jТ, то th ® Uд/2jТ
При малом входном сигнале < 25 мВ, ДУ линейно усиливает сигнал.
Способы улучшения характеристик ду
Повышение Косс
Косс = Rэ/rэ; Rэ® ¥ (желательно)
-Епит
Для повышения Косс необходимо увеличивать Rэ, но при больших Rэ1 и сохранении I0 необходимо увеличивать напряжение питания, а это ограничивает использование таких усилителей. Выход из ситуации: I0 = const. По постоянному току цепь имеет небольшое сопротивление, а по переменному - очень большое. В качестве такого элемента используются источники тока.
Если VT1 º VT2
R2 = R3, то I1 = I0 = (E2 – 0,7 В)/(R1 + R2) @ E2/R1 приR1 >> R2
Такой источник тока обеспечивает режимный ток I0 для ДУ и обладает высоким эквивалентным (динамическим) сопротивлением как источник тока.
Rэ ~ rк ~ 0,1¸1МОм
Использование источника тока на согласованных транзисторах VT1 и VT2 эквивалентно использованию в цепи эмиттеров ДУ большого сопротивления Rэ, т. е. такая схема является высокоомной динамической нагрузкой в цепи эмиттера, следовательно
Косс ~ rк/ rэ ~ 103¸105
Увеличение Rвх
БТ заменяем на ПТ
Использование ДУ на ПТ (в качестве входных транзисторов).
Использование входных транзисторов со сверхбольшим b или составных транзисторов.
Rвх ~ rбэ = bjт/I0
Использование на входе каскада с ОК.
ДУ составляют VT1 и VT2, и они обеспечивают усиление.
VT3 и VT4 -буферный каскад ОК на входе ДУ, т. к. это ОК, то
Rвх = Rвхокт3,т4 >Rвхоэ
I0 и I1 - генераторы стабильного тока
I0 - режимный ток
Источники тока I1 обеспечивают смещение и режим работы VT3 и VT4. Использование источника тока I1, а не смещающих резисторов, позволяет дополнительно обеспечить высокое Rвх схемы ОК. Однако при этом могут быть ухудшены тепловые параметры (дрейф больше, т. к. элементов на входе стало больше).
Увеличение Ku
Для повышения Ku необходимо увеличить Rk , а это связано с повышением питания. Кроме того, в ДУ симметричный выход, поэтому следующий каскад, желательно, чтобы тоже был симметричным. При симметричном выходе сохраняется условие баланса и можно обеспечить согласование режимов по постоянному току, если использовать p-n-p и n-p-n транзисторы. Однако интегральные p-n-p транзисторы имеют худшие характеристики, чем n-p-n.
В качестве нагрузки ДУ может быть использована динамическая нагрузка - это источник тока, в частности - токовое зеркало.
ДУ с динамической нагрузкой с использованием токового зеркала (рисунок).
VT1 VT2 - ДУ; VT3 и VT4 - токовое зеркало или нагрузка для ДУ.
Такая нагрузка обеспечивает как полное использование токов VT1 и VT2 и обеспечивает одиночный выход, что позволяет легко согласовать с последующими усилительными схемами.
Т. к. I0 = const = ik1 + ik2, тогда
Dik1 = -Dik2
Dik1 = Dik3
Если VT3 º VT4, то Dik4 = Dik3 = Dik1
DikSвых = 2Dik
Т. к. Ku ~ bRk/rэ
Rk ~ rк Þ Ku @ brk/ rэ ~ b(102¸105)
В этом случае даже при относительно небольшом b обеспечивает высокое усиление по напряжению (больше, чем в 100 раз). Предельное усиление ещё более можно повысить, если использовать многокаскадное токовое зеркало. Таким образом, использование источника тока как в цепях эмиттера, так и в цепях коллектора ДУ позволяет обеспечить высокие усилительные параметры такого ДУ. Т. к. можно на сложном ДУ обеспечивает основное усиление УПТ.