8.5. Импульсные усилители

Импульсному (ключевому) режиму работы транзистора соответствуют два состояния: транзистор или закрыт или полностью открыт. В этом режиме транзисторы используют как бесконтактные переключающиеся устройства.

Рассмотрим работу схемы, приведённой на рис.8.13. Временные зависимости входного и выходного напряжений усилителя изображены на рис.8.14. В интервалах времени и т.д., когда , переход эмиттер – база заперт и ток коллектора . Следовательно, напряжение на коллекторе равно напряжению источника питания , транзистор закрыт. Когда на вход транзистора подают отрицательные импульсы (интервалы времени ), переход эмиттер – база открывается и по коллекторной цепи проходит ток насыщения , при этом напряжение на коллекоре , транзистор полностью открыт.

Рис.8.13. Схема импульсного усилителя на биполярном транзисторе

Рис.8.14. Временные зависимости входного и выходного напряжений усилителя

8.6. Операционные усилители

Операционные усилители выполнены на интегральных микросхемах и применяются как усилители постоянного тока для работы в режиме усиления и выполнения математических операций над аналоговыми или медленно изменяющимися величинами (сложение, вычитание, дифференцирование, интегрирование, логарифмирование и т.д.).

Условное изображение операционного усилителя приведено на рис.8.15, в котором знаком (–) обозначен инвертирующий вход, а знаком (+) неинвертирующий вход. Питание операционного усилителя осуществляется от двух источников с положительной и отрицательной ЭДС. На рис.8.16 приведены характеристики вход - выход усилителей с инвертирующим и неинвертирующим входами. Входное напряжение насыщения незначительно .

Рис.8.15. Условное изображение операционного усилителя

Рис.8.16. Характеристики вход - выход операционных усилителей с инвертирующим и неинвертирующим входами

В схемах операционных усилителей используется отрицательная обратная связь по напряжению. Рассмотрим примеры использования схем операционных усилителей с элементами цепи обратной связи .

На рис.8.17 приведена схема масштабного инвертирующего усилителя, у которого элементы обратной связи равны активным сопротивлениям .

Рис.8.17. Схема масштабного инвертирующего усилителя

Используя первый и второй законы Кирхгофа для входного и выходного контуров усилителя, направления обхода которых указаны, а также считая, что у операционных усилителей , имеем Тогда, после преобразований, следует, что , то есть выходное напряжение масштабного усилителя равно входному напряжению , помноженному на масштабный множитель с отрицательным знаком. Коэффициент усиления усилителя по напряжению

. (8.10)

На рис.8.18 изображена схема суммирующего усилителя (сумматора).

Рис.8.18. Схема суммирующего усилителя (сумматора)

Сумматор – это операционный усилитель с несколькими входами, у которого , , , , , тогда, умножив значения всех токов на, получим:

. (8.11)

В этом случае усилитель выполняет операцию сложения входных напряжений со своими масштабными коэффициентами. Если все входные сопротивления равны , то .

На рис.8.19 приведена схема интегрирующего усилителя (интегратора), у которого в цепи обратной связи использован конденсатор.

Рис.8.19. Схема интегрирующего усилителя (интегратора)

Изобразив сопротивление обратной связи в комплексном виде , а входное сопротивление , можно представить выходное напряжение в виде временной зависимости . Перейдем к операторной форме записи, что соответствует замене на оператор Лапласа p . Тогда изображение входной и выходной величины по Лапласу выразится зависимостью , что соответствует интегрированию оригинала, то есть:

, (8.12)

где - масштабный коэффициент.

На рис.8.20 изображена схема дифференцирующего усилителя, у которого на входе усилителя установлен конденсатор.

Рис.8.20. Схема дифференцирующего усилителя

Входное сопротивление конденсатора в комплексном виде , а сопротивление обратной связи .

Выходное напряжение можно представить в комплексном виде временной зависимостью . Перейдем к операторной форме записи, что соответствует замене на оператор Лапласа p . Тогда изображение входной и выходной величины по Лапласу выразится зависимостью , что соответствует взятию производной от её оригинала, то есть:

. (8.13)

где - масштабный коэффициент.

Лекция 17