13. Усилительный каскад по схеме с общим эмиттером

При схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу, а снимается с коллектора. При этом фаза выходного сигнала отличается от входного на 180°. Усиливает и ток, и напряжение. Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, поэтому наиболее распространено. Однако при такой схеме нелинейные искажения сигнала значительно больше. Кроме того, при данной схеме включения на характеристики усилителя значительное влияние оказывают внешние факторы, такие как напряжение питания, или температура окружающей среды. Обычно для компенсации этих факторов применяют отрицательную обратную связь, но она снижает коэффициент усиления.

Усилительный каскад по схеме с общим эмиттером на основе npn-транзистора (Схема с заземленным эмиттером)

Бэтта - коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером,

Альфа - коэффициент передачи тока эмиттера.

Усилительный каскад с общим эмиттером

При положении рабочей точки в середине входных величин на проходной характеристике каскад с ОЭ имеет одно центральное устойчивое состояние, отклонения от центрального состояния и крайние состояния — неустойчивы, каскад при этом является усилителем гармонических сигналов

14. Методы установки исходной рабочей точки усилительного каскада

Схема с общим эмиттером

На практике получили распространение два способа обеспечения заданно­го положения рабочей точки по постоянному току: схема с фиксированным током базы (рис. 3.5) и схема эмиттерно-базовой стабилизации (рис. 3.6).

В первой схеме стабильность всех показателей каскада по постоянному то­ку базируется на поддержании устойчивого значения тока базы транзистора I_Б Достигается это созданием безальтернативной цепи протекания постоянного тока через резистор R_А и эмиттерный переход транзистора VТ1. Поскольку сопротивле­ние эмиттерного перехода мало, то ток I_Б целиком определяется напряжением пи­тания U_п и значением базового сопро­тивления R_Б :

Гораздо больше распространена схема эмиттерно-базовой стабили­зации

Стабильное напряжение U_бэ0 на эмиттерном переходе автоматически стабилизирует ток коллектора I_Ко транзистора. Действи­тельно, ведь

15. Дифференциальный усилительный каскад

Дифф усил каскад (балансный) представляет собой схему, построенную по принципу 4-х плечевого моста. В идеальном случае схема абсолютно симметрична, т.е. Rк1=Rк2; транзисторы имеют одинаковые характеристики, напряжения источников питания одинаковы. При этом нестабильность t окр среды и нестабильность источников питания не приведут к появлению дрейфа (Uвых=0 при Uвх=0). В реальных практических схемах дрейф будет наблюдаться, но он значительно меньше, чем в обычной схеме с ОЭ. Например при изменении t окр среды изменятся потенциалы коллектора ввиду изменения обратного тока транзистора, однако разность потенциалов коллектора остается прежней. Дифф каскад имеет 2 входа, один из них по отношению к выходу усилителя наз-ют прямым, второй инверсным (инвертирующим). Если подавать положительное напряжение на вход 1 усилительного каскада, то это приведет к уменьшению потенциала коллектора VT1. при этом даже если на вход 2 напр-е не подано, то потенциал коллектора увеличится на такую же величину. При этом напр-е выходное будет отрицательным. Uвых=-_К1-(+_К2). Каждые из транзисторов можно рассматривать включенным в схему усилительного каскада с ОЭ и коэфф усиления по напряжению дифф каскада определяется как коэфф усиления одного из каскадов ОЭ умноженное на 2. Если на входы дифф каскада подать сигналы одной и тоже полярности, одинаковые амплитуды, то такой сигнал наз-ют синфазным для дифф усилителя. Синфазный сигнал на входах дифф идеал усилит каскада не приводят к появлению напряжения на выходах, а в реальных усилителях на выходе появляются напряжения при наличии входного синфазного сигнала, кот наз-ют синфазной ошибкой. Если на входы дифф усилителя подать 2 сигнала разной полярности, но одинаковые по модулю, то такой входной сигнал наз-ют дифференциальным. Синфазную ошибку оценивают коэффициентом синфазной передачи kсинф=Uбал/Uсинф, Uбал – изменение напряжения баланса, kсинф<<1. напр-е баланса – напр-е между обоими входами. Для оценки кач-ва работы современных дифф усилителей, выполненнх при интегральном исполнении (операционные усилители) используют коэфф ослабления синфазного сигнала. КООС=20lg(kсинф/k_Ug), k_Ug – коэфф усиления по напряжению дифф усилителя. [КОСС]= [Дб], -100 КОСС -60. для достижения высокого качества работы дифф каскадя вместо резистораRэ, назначением которого явл-ся поддержание на определенном уровне суммы токов эмиттеров используют генераторы стабильного тока (источники тока). Кроме этого вместо резисторов Rк1 и Rк2 применяют т.н. динамические нагрузки, т.е. транзисторы в схеме включения с ОБ. Это дает значительное увеличение коэфф дифф каскада.

16. Операционные усилители. Основные параметры

Операционный усилитель представляет собой многокаскадный усилитель постоянного напряжения, выполненный в виде интегральной микросхемы. Он используется в качестве отдельного элемента схемы или библиотечного элемента для создания интегральных микросхем более высокой степени интеграции.

Параметры:

1. Усиление разностного и синфазного сигналов

Выходное напряжение операционного усилителя является функцией напряжения разностного и синфазного сигналов: Ua = f (UD,UGl). Отсюда следует его полный дифференциал:

2. Входное напряжение смещения нуля

Чтобы определить напряжение смещения нуля всей схемы, приведенное к ее входу, положим Ua = 0 и рассчитаем соответствующее входное напряжение:

3. Входные токи:

4. Входные сопротивления

При Ua = Ue/k, UGl = Ue и g = kAD отсюда следует вклад во входное сопротивление, обусловленный rD:

5. Выходное сопротивление

Рис. 5.59. Модель для расчета выходного сопротивления

Следовательно, отрицательная обратная связь приводит к уменьшению выходного сопротивления в g раз, где g – петлевое усиление.

17. Схемы выборки-хранения. Основные параметры

Устройство выборки и хранения в электронике — схема, запоминающая напряжение на входе в определённый момент времени. Является компонентом большинства аналого-цифровых преобразователей.

Устройство выборки и хранения имеет аналоговый вход, аналоговый выход и цифровой управляющий вход. Запоминающим элементом в устройстве выборки и хранения является конденсатор. Для его включения и отключения от входной цепи используется электронный ключ. Для обеспечения высокого входного и низкого выходного сопротивления используются усилители.

При смене входного кода цифро-аналоговых преобразователей из-за неодновременности установления разрядов наблюдаются выбросы выходного напряжения. Для устранения этого явления на время установления также следует зафиксировать выходной сигнал ЦАП. Устройства выборки - хранения (УВХ) (слежения - хранения), выполняющие эту функцию, должны на интервале времени выборки (слежения) повторять на выходе входной аналоговый сигнал, а при переключении режима на хранение сохранять последнее значение выходного напряжения до поступления сигнала выборки.

Рис.1 Устройство выборки-хранения

Основные характеристики УВХ:

Точностные характеристики.

а) Напряжение смещения нуля Uсм, определяемое практически смещением нуля ОУ1.

б) Дрейф фиксируемого напряжения при заданной емкости Схр

dUвых / dt= Iр / Схр,

где Iр - ток разряда конденсатора. Он складывается из токов утечки конденсатора и коммутатора, а также из входного тока усилителя ОУ2.

При заданном токе утечки величину дрейфа можно уменьшить путем увеличения емкости конденсатора Схр. Однако это ухудшает динамические характеристики схемы.

Динамические характеристики.

а) Время выборки tв определяет, как долго при самых неблагоприятных условиях длится процесс заряда конденсатора хранения до величины входного напряжения с заданным уровнем допуска. Это время пропорционально емкости Схр. Перевод УВХ в режим хранения до окончания интервала выборки чреват значительными ошибками.

б) Апертурная задержка tа. Это период между моментом снятия управляющего напряжения и фактическим запиранием последовательного коммутатора.