Основные параметры и характеристики

Операционный усилитель является сложным электронным устройством, правильное применение которого зависит от понимания особенностей его работы и знания его основных параметров и характеристик.

Параметры ОУ можно разделить на несколько групп: входные, выходные, усилительные, энергетические и т. д. Наиболее часто параметры ОУ подразделяют на статические и динамические.

6 Шумы в транзисторах.

Токи и напряжения в любых электрических цепях всегда совершают небольшие беспорядочные (хаотичные) колебания, называемые электрическими флюктуациями. Они объясняются теп­ловым движением электронов. С повы­шением температуры флюктуации усили­ваются. Любой постоянный ток не является строго постоянным, а помимо постоян­ной составляющей I₀ имеет шумовую переменную составляющую I_{ш .}

В любом резисторе за счет проис­ходящих в нем электрических флюктуа­ции создается некоторая шумовая ЭДС. Действующее значение шумовой ЭДС Е_ш, возникающей в резисторе или в лю­бой цепи с сопротивлением R, опреде­ляется формулой Найквиста . Полный шум, возникающий в тран­зисторе, имеет несколько составляющих.

Т епловые шумы обусловлены тепло­выми флюктуациями электронов, харак­терными для любого резистора. По­скольку все области транзистора обла­дают некоторым сопротивлением, то в них возникают шумовые напряжения. Так как сопротивления эмиттерной и коллекторной области сравнительно ма­лы, то главную роль в создании тепло­вых шумов играет сопротивление базы r_б, тем более что оно включено во вход­ную цепь и шум от него усиливается самим транзистором.

Дробовые шумы происходят от флюк­туации инжекции и экстракции в эмиттером и коллекторном переходе.

Шумы токораспределения вызваны флюктуациями распределения эмиттерного тока между базой и коллектором.

Рекомбинационные шумы имеют сво­ей причиной флюктуации рекомбинации. Кроме того, дополнительные шумы создаются за счет флюктуации токов утечки в поверхностных слоях полупро­водников и некоторых других явлений. Эти шумы часто называют мерцатель­ными или избыточными ( фликкер-эффект).

Для оценки шумовых свойств тран­зисторов служит коэффициент шума F_m. Он определяется, так же как и для любых четырехполюсников, следующим образом.

Влияние шумов всегда характеризу­ется отношением мощности полезного сигнала Р_с к мощности шумов Р_ш. На выходе это отношение меньше, чем на входе, так как на выходе обе мощ­ности усилены в k_р раз, но к мощности шумов транзистор добавляет еще соб­ственный шум Р_ш.тр. Коэффициент шума показывает, во сколько раз отношение мощности сигнала к мощности шума на входе больше, чем на выходе: . Принято измерять величину F_lu в децибелах согласно формуле F=10*1g*F_{ш .} Шумы транзистора зависят от его параметров и режима работы, а также от внутреннего сопротивления источника усиливаемых колебаний.

7 Усилители с модуляцией и демодуляцией.

П ри усилении малых сигналов постоянного тока или напряжения часто применяют усилители с преобразованием постоянного тока в переменный. Такие УПТ имеют малый дрейф нуля (Дрейфом нуля (нулевого уровня) называется самопроиз­вольное отклонение напряжения или тока на выходе усилителя от начального значения.), большой коэффициент усиления на низких частотах и не нуждаются в подстройке нулевого уровня. На рис. 5 приведена структурная схема усилителя с преобразованием постоянного тока в переменный. На этой схеме использованы следующие обозначения: М—модулятор. Ус—усилитель переменного тока, ДМ—демодулятор. Такой УПТ часто называют усилителем с модуляцией и демодуляцией (МДМ).

В УПТ с МДМ входной сигнал постоянного напряжения U_вх (или тока) сначала преобразуется в пропорциональный ему сигнал переменного напряжения с помощью модулятора М, потом усиливается обычным усилителем У, а затем Демодулятором ДМ преобразуется в сигнал постоянного напряжения. Поскольку в усилителях переменного тока (например, с RC-связью) дрейф не передается от каскада к каскаду, то в МДМ усилителях реализуется минимальный дрейф нуля. Работу рассмат­риваемого усилителя удобно проиллюстриро­вать с помощью временных диаграмм на­пряжений (или токов) в основных точках схемы рис. 5, которые приведены на рис. 6. Преобразование постоянного U_вх в переменное осуществляется с частотой сигнала управления (модуляции) U_упр, обычно имеющего вид меандра. Для успешной работы УПТ с МДМ необходимо, чтобы частота сигнала управле­ния была, как минимум, на порядок выше максимальной частоты входного сигнала. Из многообразия возможных вариантов построения модуляторных устройств наибольшее распространение получили транзисторные модуляторы (прерыватели или малотоковые переключатели). В качестве демодулятора ДМ можно использовать различные электронные Устройства. Простейшим демодулятором является обычный двухполупериодный или мостовой выпрямитель с фильтром на выходе.