- •Курс лекций по Промышленной Электронике
- •Лекция № 1.
- •Все характеристики и параметры усилителей можно разделить на три основные группы:
- •Лекция № 2.
- •1.Схемы включения транзистора. Принцип усиления.
- •2.Рабочая точка. Расчет каскада усиления по постоянному току.
- •Принцип усиления на примере с общей базой.
- •Тепловой ток Iк0– это обратный ток коллекторного перехода. Этот ток обусловлен неосновными носителями заряда.
- •Лекция № 3
- •1. Расчет по постоянному току.
- •2. Расчет по переменному току.
- •Лекция № 4.
- •1. Расчет каскада по переменному току.
- •2. Особенности работы усилителей на низких и высоких частотах.
- •Лекция № 5.
- •1. Схема с общим коллектором.
- •2. Отрицательно обратные связи в уменьшительных каскадах.
- •Лекция №6.
- •1. Усилители мощности низкой частоты (унч).
- •Лекция №7.
- •1. Усилители мощности. Источники стабильного тока.
- •2. Усилители постоянного тока.
- •Лекция №8.
- •Лекция № 9. Операционные усилители
- •Лекция № 10.
- •Лекция № 11.
- •Активные фильтры.
- •Лекция № 12.
- •Лекция № 13.
- •1) За счет особых средств вах (параметрическая стабилизация).
- •2) За счет автоматического регулирования выходного напряжения (компенсационная стабилизация).
- •Лекция № 14.
- •Лекция № 15.
- •Лекция № 16. Электронные узлы на логических элементах.
- •Лекция № 17.
- •Лекция № 18.
- •Лекция №19
Лекция №8.
Режим покоя IRэ = .
UБЭП = 0, Rэ довольно большое, , Uк1п = Uк2п = Eк – Iк Rк;
Rк1 = Rк2.
За счет одинаковости Rк1 и Rк2 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.
Uвх1 = Uвх2 = Uвх;
iRэ = пренебрегаем падением напряжения на переходе;
iRэ = 2iк , iк = ;
Uвых = iк Rк = Uвх;
Rнс = ;
(Кис) коэффициент усиления синфазной составляющей определяется соотношением : чем больше Rэ , тем меньше Rнс .
Если Rк = Rэ , то Кис = 0.5;
Кис очень мал и определяется сопротивлением в цепи эмиттера. В качественных усилителях вместо Rэ ставится источник тока.
2.Дифференциальная составляющая.
Рис.8.3
iк1 = -iк2 , iвх =;
iк1 = βiвх;
Uвых = Iк Rк = β;
Кид = ;
Коэффициент усилителя дифференциальной составляющей в 2 раза меньше, чем коэффициент усиления каскада на одном транзисторе. С уменьшением входного тока rэ увеличивается, а rвх уменьшается.
rвх = rБ + (β+1) rэ;
Кид симметр = β;
Качество дифференциального усилителя оценивается коэффициентом ослабления синфазного сигнала (КОСС).
КОСС = ;
КОСС = 20lg , дБ
Методы подавления синфазного сигнала
Кис = ;
1. Необходимо увеличить Rэ.
Но увеличение Rэ уменьшает выходные токи, поэтому, чтобы поддержать тот ток, который запланирован, пришлось бы увеличивать напряжение источника питания. Вместо Rэ включаем источник тока.
Рис.8.4
ri = ()rк*
Кис = , 0.001- 0.0001
Существует дифференциальные усилители в интегральном исполнении, которые воспроизводят эту схему; обязательно с источником тока в цепи!
Кис 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 Rвх .
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 Ки и очень малое выходное сопротивление (в идеале - ноль).
Рис.8.6
Усиливает переменный и постоянный токи. Uвх1 – 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 Rвх (малые Iвх)
- очень высокий коэффициент усиления
- низкое значение Rвых
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
Uвых=-Uвх1*А ; (Uвх2=0)
А – коэффициент усиления ОУ
Uвых=Uвх2*А ; (Uвх1=0)
Uвых=(Uвх2- Uвх1)*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.
βΣ=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 Uвых от Uвх:
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 Uвых=0 и Uвх=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 Rвх=.
В реальных схемах имеется конечное значение сопротивления между входами, т.е. Rдиф (пр. 500кОм).
На входе большое сопротивление синфазного сигнала, на входе текут не нулевые токи, а конечные значения токов; токи смещения являются режимными токами. Iсм – параметр определяющий точность.
На выходе–Rвых ненулевое, имеет большое значение, Rвых =~200, 150 Ом, его можно уменьшить (пр., с помощью ОС).
Суммарная ошибка ОУ
Uош=Ucm 0 + αt ΔT+ (ICM+RCM- ICM-RCM);
αt=;
Uсм0 зависит от температуры;
ΔΔIсм разность входных токов от температуры(дрейф);
ΔIсм- разность входных токов по температуре.
Усилительные параметры - Кнд, КООС, Кнсф;
Входные параметры – Rвхд, Rвхсф, Uвх сф доп, Uвх д доп,Uсм о, Iсм, Δ Iсм , ΔΔ Iсм;
Выходные параметры – Rвых, Uвых мах, Iвых доп.
Типы ОУ:
- ОУ общего применения;
- ОУ быстродействующие;
- ОУ прецизионные(точные).
Временные и высокочастотные параметры ОУ. Динамические параметры.
Рис.9.5
Vвых ()- скорость изменения выходного напряжения.
tуст- время, за которое заканчивается переходной процесс установления ОУ.