- •Оглавление
- •1. Основные определения
- •1.1. Основные пояснения и термины
- •1.2. Пассивные элементы схемы замещения
- •1.3. Активные элементы схемы замещения
- •1.4. Основные определения, относящиеся к схемам
- •1.5. Режимы работы электрических цепей
- •1.6. Основные законы электрических цепей
- •2. Эквивалентные преобразования схем
- •2.1. Последовательное соединение элементов электрических цепей
- •2.2. Параллельное соединение элементов электрических цепей
- •2.3.Преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду
- •2.4.Преобразование звезды сопротивлений в эквивалентный треугольник
- •3. Анализ электрических цепей постоянного тока с одним источником энергии
- •3.1. Расчет электрических цепей постоянного тока с одним источником методом свертывания
- •3.2. Расчет электрических цепей постоянного тока с одним источником методом подобия или методом пропорциональных величин
- •4. Анализ сложных электрических цепей с несколькими источниками энергии
- •4.1. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
- •4.2. Метод контурных токов
- •Порядок расчета
- •Рекомендации
- •4.3. Метод узловых потенциалов
- •4.4. Метод двух узлов
- •4.5. Метод эквивалентного генератора
- •5. Нелинейные электрические цепи постоянного тока
- •5.1. Основные определения
- •5.2. Графический метод расчета нелинейных цепей постоянного тока
- •6. Электрические цепи однофазного переменного тока
- •6.1. Основные определения
- •6.2. Изображения синусоидальных функций времени в векторной форме
- •6.3. Изображение синусоидальных функций времени в комплексной форме
- •6.4. Сопротивление в цепи синусоидального тока
- •6.5. Индуктивная катушка в цепи синусоидального тока
- •6.6. Емкость в цепи синусоидального тока
- •6.7. Последовательно соединенные реальная индуктивная катушка и конденсатор в цепи синусоидального тока
- •6.8. Параллельно соединенные индуктивность, емкость и активное сопротивление в цепи синусоидального тока
- •6.9. Резонансный режим в цепи, состоящей из параллельно включенных реальной индуктивной катушки и конденсатора
- •6.10. Мощность в цепи синусоидального тока
- •6.11. Баланс мощностей
- •6.12. Согласованный режим работы электрической цепи. Согласование нагрузки с источником
- •7. Трёхфазные цепи
- •7.1. Основные определения
- •7.2. Соединение в звезду. Схема, определения
- •7.3. Соединение в треугольник. Схема, определения
- •7.4. Расчет трехфазной цепи, соединенной звездой
- •7.5. Мощность в трехфазных цепях
- •8. Переходные процессы в линейных электрических цепях
- •8.1. Общая характеристика переходных процессов
- •8.2. Переходные процессы в цепях с одним реактивным элементом
- •9. Несинусоидальные периодические токи.
- •10. Электроника. Введение.
- •10.1. Полупроводниковые материалы.
- •10.2 Полупроводниковые диоды.
- •10.3. Биполярный транзистор
- •10.4. Полевые транзисторы.
- •10.5. Тиристоры.
- •11. Усилители электрических сигналов
- •11.1. Общие сведения, классификация и основные характеристики усилителя. Типовые функциональные каскады полупроводникового усилителя.
- •11.2. Анализ работы транзисторного усилителя. Понятие о классах усиления усилительных каскадов.
- •11.3. Температурная стабилизация режимов в транзисторных усилителях. Особенности работы усилителя на полевом транзисторе.
- •11.4. Избирательные усилители. Усилители мощности. Усилители постоянного тока.
- •11.5. Анализ дифференциального усилителя.
- •11.6. Операционный усилитель (оу). Схемы стабилизации и повышения входного сопротивления оу.
- •12. Источники вторичного электропитания
- •12.1. Классификация, состав и основные параметры.
- •12.2. Показатели выпрямителей однофазного тока.
- •12.3. Трехфазные выпрямители. Внешние характеристики выпрямителей.
- •12.4. Принцип работы выпрямителей на тиристорах.
- •12.5. Сглаживающие фильтры и оценка эффективности их работы.
- •12.6. Компенсационные стабилизаторы напряжения и преобразователи постоянного тока в переменный.
- •13. Основы цифровой электронной техники
- •13.1. Анализ логических устройств.
- •13.2. Логические операции и способы их аппаратурной реализации.
- •13.3. Сведения об интегральных логических микросхемах.
- •13.4. Схемотехнические и конструктивно-технологические особенности логических микросхем различных серий.
- •13.5. Принципы функционирования цифровых устройств комбинационной логики.
11.5. Анализ дифференциального усилителя.
Дифференциальные цепи позволяют реализовать УПТ с ничтожно малым дрейфом нуля. Рассмотрим важнейшие свойства дифференциальной цепи, в которой нагрузочное устройство, подключая ют к внутренней диагонали моста (точкам а и 6), как показано на рис. 11.12, а.
Балансировка (равновесие) моста по постоянному току обеспечивается выполнением условия
(11.3)
Тогда для потенциалов точек а и б диагонали моста имеем
φa= φb
Рис. 11.12. Мостовая дифференциальная схема (а) и ее транзисторный аналог (б)
В результате ток через нагрузочное устройство при балансе моста
Особенности дифференциальных цепей состоят в следующем: изменение параметров источника питания не нарушает условия балансировки (19.3); при пропорциональном изменении параметров резисторов смежных плеч R1иR2илиR3иR4балансировка также не нарушается. Все это позволяет значительно улучшить характеристики УПТ.
При анализе дифференциальных цепей пользуются понятиями синфазного и противофазного (несинфазного, парафазного) сигналов. Синфазныминазывают сигналы равной амплитуды и одного знака (фазы), воздействующие на взаимно симметричные участки дифференциальной цепи; противофазными — сигналы равной амплитуды, но противоположного знака, воздействующие на те же симметричные участки цепи. Нетрудно заметить, что особенности дифференциальных цепей обусловливают их стойкость к синфазным воздействиям.
Простейший дифференциальный усилительможет быть получен из рассмотренной дифференциальной цепи (рис. 11.12, а) заменой в ней резисторов R3и R4транзисторами VT1и VT2, как показано на рис. 11.12, б. В микроэлектронном исполнении УПТ транзисторы VT1и VT2выполняются в едином кристалле полупроводника и потому сохраняют одинаковые параметры в широком температурном диапазоне. В этом случае несложно обеспечить идентичность параметров и для резисторов R1и R2.
Для возможности как синфазного, так и противофазного управления каскадом необходимо питать его от сдвоенного источника питания с заземленной средней точкой.
Рассмотрим работу дифференциального усилителя (см. рис. 11.12,6) при различных видах воздействия на его входы, один из которых uвх1назовем прямым, а другой uвх2— инвертирующим (инвертирует входной сигнал по фазе).
При воздействии сигнала на прямой (неинвертирующий) вход1 (uвх1>0, uвх2=0) транзистор VT1открывается и его коллекторный ток iк1возрастает, вызывая снижение потенциала φa(за счет увеличения падения напряжения на резисторе R1). Поскольку потенциал φбостается неизменным, через резистор Rнбудет протекать ток iн, создавая на нем выходное напряжение uн, совпадающее по фазе с напряжением uвх1.
При воздействии сигнала на инвертирующий вход2 (uвх1=0, uвх2>0) открывается транзистор VT2, а следовательно, происходит рост тока iк2, что вызывает изменение направления тока нагрузки iн. Выходное напряжение uнменяет фазу на противоположную.
Рис. 11.13. Представление управляющего воздействия на входы ОУ в виде суммы двух сигналов.
В случае противофазного воздействия на входы сигналом u12(показано на рис. 11.12, б пунктиром) этот сигнал можно выразить в виде разности частных воздействий на транзисторы VT1 и VT2, т. е.
В результате такого дифференциального воздействия (отсюда и название — дифференциальный усилитель) транзистор VT1открывается, аVT2закрывается. Соответственно потенциал φaпонижается (из-за сигналаuвх1), а потенциал φбповышается (из-за сигналаuвх2). Поэтому имеет место более существенное увеличение выходного напряженияuнчем при воздействии только сигналаuвх1 илиuвх2.
Рассматривая дифференциальный усилитель в классе усиления А и учитывая его схемную симметрию, можно полагать, что входное воздействие u12распределяется поровну между входами транзисторовVT1иVT2. Это обусловливает одинаковые изменения их коллекторных токов, а потому выходное напряжение схемы
где ∆uк1и ∆uк2— изменения коллекторных потенциалов точек а и 6 соответственно.
Любую комбинацию входных сигналов дифференциального усилителя можно представить в виде алгебраической суммы синфазного и противофазного сигналов (рис. 11.13), т. е.
Рис. 11.14. Передаточные характеристики дифференциального усилителя при отсутствии (а) и наличии (б) дрейфа нуля: 1 —неинвертирующий вход усилителя; 2 — инвертирующий вход
Отсюда синфазная и противофазная составляющие входного сигнала
Аналогичный подход справедлив и для выходного напряжения uн, которое можно также представить в виде синфазнойuнсфи противофазнойuнпфсоставляющих.
Передаточная характеристика дифференциального усилителя инвертирующего и неинвертирующего входов при выполнении условия (11.3) имеет вид, приведенный на рис. 11.14, а. Одной из важнейших особенностей дифференциального усилителя является возможность получения на нагрузочном устройстве разнополярного напряжения, что значительно расширяет возможности усилителя.
В заключение следует отметить, что возможности современной технологии не позволяют обеспечить в дифференциальных усилителях точного выполнения условия балансировки (11.3), что приводит к смещению передаточных характеристик на величину напряжения смещения (Uсм) и конечному значению дрейфа нуля (рис. 11.14, б).