- •Им. Адмирала ф.Ф. Ушакова в.В.Пятницкий. В.М.Комиссаров схемотехника усилительных устройств
- •Часть 1
- •Сборник опорных конспектов лекций по разделу №1 дисциплины «основы схемотехники»
- •Лекция №1 общие сведения об усилителях электрических сигналов
- •Предмет, цели и задачи дисциплины «Основы схемотехники». Ее роль и место в системе подготовки офицера-специалиста вмф
- •Раздел 1. Схемотехника усилительных устройств.
- •Раздел 2. Схемотехника устройств, используемых в средствах связи.
- •Вопрос №2 Типы усилителей электрических сигналов и их классификация
- •Вопрос №3 Блок-схемы усилителей
- •Заключение
- •Лекция № 2 основные характеристики и параметры усилителей электрических сигналов
- •Основные характеристики усилителей электрических сигналов
- •Вопрос №2 Искажения сигналов в усилителях электрических сигналов
- •Заключение
- •Лекция №3 Резистивно-емкостной усилитель
- •Вопрос №1
- •Принцип построения усилителя. Состав и назначение элементов схемы
- •Вопрос №2 Температурная стабилизация исходного режима работы усилителя
- •Коллекторная стабилизация
- •Вопрос №1 Эквивалентная схема резистивно-емкостного усилителя (реу)
- •В схеме 4.2 обозначено:
- •На нижних частотах на нижних и средних частотах
- •Вопрос №2 Характеристики и параметры реу в режиме усиления малого сигнала. Линейный режим усиления
- •Заключение
- •Лекция №5 обратная связь в усилителях
- •Вопрос №1 Виды обратной связи в усилителях
- •Uвх uвых Вход Выход
- •Вопрос №2 Влияние отрицательной обратной связи на свойства усилителей
- •Входное сопротивление
- •Частотные и фазовые искажения сигнала
- •Заключение
- •Лекция №6 резонансные усилители
- •Вопрос №1 Принципиальная схема резонансного усилителя (ру). Состав и назначение элементов схемы
- •Тогда избирательность δ будет . (6.11)
- •Это объясняется тем, что в формуле (6.8) пропадает последний множитель , так как при выводе этих формул следует брать не отношение напряжений, а отношение токов.
- •Вопрос №2 Линейный и нелинейный режим работы ру
- •Режим класса а
- •Заключение
- •Лекция №7 эквивалентная схема резонансного усилителя
- •Вопрос №1
- •Вопрос №2 Характеристики и параметры ру
- •Заключение
- •Лекция №8 усилители постоянного тока и дифференциальный усилительный каскад
- •Вопрос №1 Общие сведения об упт. Однотактные (прямого усиления) упт
- •Вопрос №2 Балансный (дифференциальный) усилительный каскад
- •Вопрос №3 Дифференциальный усилительный каскад (дук) с генератором стабильного тока (гст)
- •Вопрос №1 Синфазные и дифференциальные сигналы, проходящие через дук
- •При прохождении дифференциального сигнала (дс) токи каждого из транзисторов получат одинаковые по абсолютной величине, но разные по знаку, приращения
- •Вопрос №2 Основные характеристики дук
- •Вопрос №3 Функциональные возможности дук
- •Дук на транзисторах с супербетой
- •Заключение
- •Лекция №10 аналоговые преобразователи электрических сигналов на базе операционных усилителей с линейными элементами в цепях ос
- •Вопрос №1 Общие сведения об оу
- •Вопрос №2 Основные способы включения оу в схемы с оос. Масштабные усилители на оу
- •Вопрос №3 Интегрирующие и дифференцирующие усилители Интегрирующие усилители
- •Лекция №11 операционные усилители с нелинейными элементами в цепях ос
- •Вопрос №1 Логарифмические усилители
- •Вопрос №2 Умножители и делители аналоговых сигналов. Компараторы
- •М етод логарифмирования сигналов
- •Компараторы
- •Заключение
- •Лекция №12 активные резистивно-емкостные фильтры (аrc-фильтры)
- •Вопрос №1 Особенности избирательных усилителей и их характеристики
- •Вопрос №2 Реализация аrс-фильтров на усилителях с пос
- •Вопрос №3 Реализация аrс-фильтров на усилителях с оос
- •Заключение
- •Лекция №13
- •Вопрос №1
- •Вопрос №2 Схемы реализации rc-генераторов
- •Заключение
- •Лекция №14 схемотехника аналого-цифровых устройств
- •Вопрос №1 Аналого-цифровые устройства
- •Квантование сигналов
- •Кодирование дискретной величины
- •Вопрос №2 Цифроаналоговые устройства
- •Заключение
- •Список использованной литературы
- •Список сокращений
Вопрос №2 Балансный (дифференциальный) усилительный каскад
Существенного уменьшения величины дрейфа нуля можно добиться использованием балансных схем, выходная цепь которых представляет собой схему сбалансированного моста, к одной диагонали которого подводится питание, а с другой диагонали снимается выходное напряжение (рис.8.4). Два одинаковых транзистора VT1 и VT2 и два одинаковых резистора R3, R4 образуют мост. К вертикальной диагонали подводится напряжение источника питания EК, а усиленное выходное напряжение снимается с горизонтальной диагонали моста. При полной идентичности транзисторов и резисторов изменение питающего напряжения, а также влияние других факторов, не приведут к появлению дрейфа нуля, так как вызовут одинаковое изменение выходных коллекторных токов транзисторов. При этом коллекторные токи будут направлены навстречу друг другу и взаимно компенсируются. Баланс моста при этом не нарушается.
Балансная схема УПТ (рис.8.4) построена по принципу четырехплечного моста (рис.8.5). Так, к одной диагонали моста подводится питание EК, с другой снимается напряжение UВЫХ. При этом мост считается сбалансированным, если выполняется условие
. (8.3)
В этом случае при изменении питающего напряжения EК баланс схемы не нарушается и в нагрузочном резисторе RН ток будет равен нулю. В то же время при пропорциональном изменении сопротивлений резисторов R1, R2, R3 и R4 баланс моста не нарушается.
С помощью балансной схемы напряжение дрейфа нуля уменьшается в десятки раз по сравнению с обычным каскадом УПТ. Если же в схеме (рис.8.5) резисторы R2, R3 заменить транзисторами, то получится дифференциальный усилительный каскад.
+EK
R3 R1
RН
RЭ1
UВЫХ
R4 R2
UВХ UВЫХ
UВХ RЭ2
Рис.8.4. Балансная (мостовая) схема УПТ Рис.8.5. Эквивалентная схема балансного каскада
Наиболее распространенным и употребительным является дифференциальный усилительный каскад (ДУК), который имеет два входа, симметричных относительно общего провода (рис.8.6).
UВЫХ1 UВЫХ2
UВХ1 UВХ2
IЭ
RЭ
Рис.8.6. Дифференциальный усилительный каскад
Свое название ДУК получил потому, что он усиливает не абсолютные значения входных напряжений UВХ1 и UВХ2, а их разность
, (8.4)
где КU – коэффициент усиления ДУК,
UВХ1 – входное напряжение первого плеча,
UВХ2 – входное напряжение второго плеча,
UВЫХ1 – выходное напряжение первого плеча,
UВЫХ2 – выходное напряжение второго плеча.
Далее рассмотрен принцип работы ДУК. При анализе работы ДУК обычно пользуются понятием синфазного и противофазного (дифференциального) входного сигнала. Если на базы транзисторов VT1 и VT2 поступает одинаковый по величине и фазе сигнал, то его называют синфазным. Физической природой синфазного сигнала являются паразитные наводки, старение деталей, флуктуация питающих напряжений, влияние температуры – дрейф нуля.
Если фазы колебаний на базах отличаются на 1800, то сигнал считается дифференциальным. Под дифференциальным сигналом понимается полезный сигнал, который необходимо усилить.
При анализе работы ДУК при прохождении синфазного и противофазного сигнала учитывается равенство:
– номиналов резисторов Rк1 = Rк2,
– номиналов резисторов R1 = R2,
– параметров транзисторов VT1 и VT2.
Подача синфазного выходного сигнала вызовет одинаковые по абсолютной величине и знаку приращения эмиттерных и коллекторных токов транзисторов VT1 и VT2. В результате, потенциалы коллекторов VT1 и VT2 изменятся на одинаковую величину ( Uк1 = Uк2 = Uвых1 = Uвых2), а разность между ними не изменится. Это означает, что выходное напряжение каскада останется равным нулю, как и в исходном состоянии
, (8.5)
где КUcc – коэффициент усиления синфазного сигнала.
Иначе говоря, каскад «не реагирует» (по выходу) на синфазный сигнал.
В то же время одинаковые приращения эмиттерных токов ( Iэ1 = Iэ2) транзисторов VT1 и VT2 вызовут на резисторе Rэ приращение напряжения, которое является напряжением ООС. Появление ООС приводит к уменьшению потенциалов коллекторов Uк1= Uвых1, Uк2= Uвых2 транзисторов VT1 и VT2 и подавлению синфазного сигнала (СС). Подавление СС будет тем сильнее, чем больше величина резистора Rэ. При прохождении дифференциального сигнала (ДС) токи каждого из транзисторов получат одинаковые по абсолютной величине, но разные по знаку, приращения
.
Коэффициент усиления дифференциального сигнала будет определяться следующим выражением:
. (8.6)
Изменение напряжения на резисторе RЭ, при прохождении ДС не произойдет, так как ток, протекающий через резистор RЭ и равный сумме эмиттерных токов IЭ=IЭ1+IЭ2 транзисторов VT1 и VT2, не изменится.
Таким образом, схема ДУК усиливает дифференциальный сигнал и ослабляет синфазный сигнал. Следовательно, ДУК является устойчивой схемой по отношению к внешним воздействиям, в том числе и помехам, а также к флуктуациям питающего напряжения.
В работе ДУК особое внимание уделяется выбору значения сопротивления резистора RЭ:
1) сопротивление RЭ должно быть как можно большим, так как в этом случае создается глубокая ООС для синфазной составляющей сигнала;
2) сопротивление RЭ должно быть малым для дифференциальной (полезной) составляющей входного сигнала;
3) сопротивление RЭ для постоянной составляющей тока эмиттера IЭ должно быть намного меньше сопротивления переменной составляющей тока эмиттера.
Это необходимо для повышения КПД схемы: при отсутствии сигнала на входе схемы постоянная составляющая тока эмиттера IЭ, протекая через малое сопротивление RЭ, будет расходовать меньшую мощность. Таким образом, общая затраченная мощность уменьшается, а КПД увеличивается.
Как видно, требования к выбору RЭ противоречивы, но их можно удовлетворить, используя в качестве сопротивления RЭ динамическую нагрузку, сопротивление которой будет изменяться в зависимости от вида усиливаемого сигнала.
Выводы по 2-му вопросу:
1. Одним из способов уменьшения дрейфа нуля является использование балансных схем. Более совершенной является схема ДУК, который усиливает разность двух входных сигналов.
2. Для реализации противоречивых требований, предъявляемых к схеме ДУК, необходимо использовать генератор стабильного тока.