- •Схемотехника
- •Введение
- •2. Дискретные - произвольные по величине и дискретные (выборочные) по времени;
- •3. Квантованные - дискретные по величине и непрерывные по времени;
- •4. Цифровые - квантованные по величине и дискретные (выборочные) по времени.
- •Цепи, предназначенные для обработки соответствующего класса сигналов, получили названия:
- •Схема взаимодействия цепей различного вида при обработке сигналов
- •Усилитель электрических сигналов - устройство, позволяющее при наличии на его входе сигнала с
- •Принцип электронного усиления. Усилительный каскад ОЭ
- •Простейшая схема каскада на биполярном транзисторе приведена на рис.1.
- •Этапы реализации усиления
- •Полная схема усилительного каскада ОЭ
- •Элементы схемы усилительного каскада
- •Статический режим каскада ОЭ. Параметры транзистора в рабочей точке
- •Графический способ задания рабочей точки БПТ
- •Коэффициенты температурной нестабильности схем смещения и
- •Схема эмиттерной стабилизации.
- •Коэффициент нестабильности (учитывает влияние на ток коллектора изменений IКБО и :
- •Частотные свойства каскада
- •Частотная зависимость коэффициента усиления каскада ОЭ в области ВЧ
- •Частотные свойства каскада ОЭ в
- •Частотная зависимость коэффициента усиления каскада ОЭ в области НЧ
- •Вид типовой АЧХ усилительного каскада ОЭ
- •ПХ каскада ОЭ в области малых времен (фронт)
- •Длительность фронта tф (время установления) ПХ
- •Связь между длительностью фронта tф
- •Искажения прямоугольного импульса- спад вершины
- •Связь между спадом вершины переходной характеристики и нижней граничной частотой усилительного каскада fн
- •1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ В УСИЛИТЕЛЯХ
- •1.1. Основные определения и виды обратных связей
- •В зависимости от реализации способа передачи выходного сигнала ОС может быть:
- •Элементы схемы, создающие ОС, образуют
- •Классификация ОС по ее виду
- •2. Способ подачи сигнала во входную цепь:
- •3. Способ съёма сигнала ОС из выходной цепи:
- •4. По частотному диапазону.
- •Для рассмотренных схем ОС одно из
- •1.3. Влияние обратной связи
- •Чем глубже ООС, тем в большей степени её свойства определяются цепью ОС!
- •1.4. Чувствительность коэффициента усиления усилителя с ОС.
- •Переписав эту формулу в виде:
- •После отыскания производной окончательно получим
- •1.5. Влияние отрицательной ОС на АЧХ
- •2.УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ
- •2.1. Каскад с последовательной отрицательной
- •2.1.2. Частотно-зависимая последовательная ООС по току в каскаде ОЭ
- •Параметры петли ОС:
- •Свойства каскада ОЭ с
- •Смысл коэффициента К ui
- •2. Входное сопротивление:
- •3. Входная емкость:
- •4. Выходные сопротивление и емкость :
- •Частотно-зависимая последовательная ООС по
- •Область н.ч.
- •Область в.ч.
- •3. ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ АНАЛОГОВЫХ ИМС
- •Основные особенности аналоговой микросхемотехники
- •3.1. Каскад с эмиттерной связью- дифференциальный каскад (ДК)
- •3.1.1. Характеристики ДК для
- •Эквивалентная схема ДК для ДС
- •3.1.2. Характеристики ДК для синфазного сигнала
- •Для полностью симметричной схемы при воздействии синфазного сигнала СС разностный сигнал на выходе
- •Режим большого сигнала ДК
- •Ток каждого из транзисторов ДК зависит от приложенного к его переходу Э-Б напряжения:
- •На выходе ДК всегда присутствует емкость нагрузки, скорость перезаряда которой определяет скорость нарастания
- •3.2. Работа ДК при использовании одного из
- •Тогда для коэффициентов усиления запишем
- •3.3. Токовое зеркало и его применение в
- •Токовое зеркало можно рассматривать как частный случай ГСТ.
- •На вход ДК подается дифференциальный сигнал
- •4. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ /ОУ/ И ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ИХ ВКЛЮЧЕНИЯ
- •4.1.Общие свойства ОУ, их классификация
- •Требования эти в основном сводятся к следующему:
- •Идеальный ОУ:
- ••частотный диапазон усиливаемых сигналов должен простираться от постоянного напряжения до очень высокой (бесконечно
- •Входная цепь ОУ обычно выполняется по дифференциальной схеме, а это значит, что входные
- •Схема включения ОУ и сигналы
- •Условное графическое обозначение ОУ
- •Классификация ОУ
- •Характеристики ОУ:
- •Частотные характеристики ОУ:
- •Амплитудная характеристика ОУ:
- •Параметры ОУ:
- ••температурный коэффициент напряжения смещения нулевого уровня
- •Нелинейные:
- •Динамические:
- •Время восстановления выходного напряжения с заданной точностью в стандартной операционной схеме (повторителя напряжения)
- •Структурная схема ОУ.
- •Стандартный двухкаскадный ОУ и его макромодель
- •Частотные свойства некорректированного ОУ.Эквивалентная схема ОУ (макромодель)
- •Неинвертирующий усилитель
- •Погрешности неинвертирующего
- •2. Влияние погрешностей ОУ: 2.1. Влияние конечного К
- •2.2. Влияние конечного МС
- •2.3. Входное сопротивление
- •2.5. Статические погрешности.
- •Инвертирующий усилитель
- •Виртуальная «земля»- «0»
- •Применение схемы ИУ
- •4.3.УСТОЙЧИВОСТЬ УСИЛИТЕЛЕЙ
- •Самовозбуждение или автогенерация в усилителе с ОС наступает при одновременном выполнении на некоторой
- •Обычно усилители охватывают
- •Критерии устойчивости Найквиста и Боде
- •Частотный критерий Найквиста
- •Ответ на этот вопрос дает критерий
- •Операционная
- •Операционная схема второго порядка (д)
- •Для устойчивости операционной схемы
- •Критерий устойчивости Бодэ
- ••Критическая частота может быть найдена по точке пересечения графиков функций
- •Фазовый сдвиг в петле зависит от частоты
- •Частотно-независимая отрицательная ОС:
- •Логарифмический частотный
- •Запас устойчивости по фазе- это дополнение до угла -180о фазового угла петлевого усиления
- •4.5. Полоса частот усилителя на
- •5. АКТИВНЫЕ УСТРОЙСТВА АНАЛОГОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
- •5.1. Разновидности усилителей с отрицательной обратной связью
- •Усилитель тока
- •Усилитель тока на основе ОУ позволяет в значительной степени избавиться от перечисленных недостатков.
- •Усилитель заряда
- •Усилитель заряда
- •5.2. Электронные узлы на основе операционных усилителей с частотно-зависимыми обратными
- •Интегрирующий операционный
- •Передаточная функция интегрирующего усилителя в комплексной форме:
- •Идеальный
- •Переходная характеристика
- •Идеальный
- •Дифференцирующий операционный преобразователь
- •Передаточная функция
- •Асимптотическая ЛАЧХ такого
- •Потенци
- •Недостатки, ограничивающие применение схемы простейшего дифференциатора
- •Для устранения недостатков
- •Добавление R1
- •Активные фильтры
- ••Основная идея их создания в том, чтобы
- •По полосе рабочих частот фильтры разделяют на:
- •Аппроксимация характеристик
- •Для полиномиальных фильтров нормированную АЧХ представляют
- •Нормированная передаточная функция звена ФНЧ второго порядка:
- •Асимптоты
- •Переход к ФВЧ
Для полностью симметричной схемы при воздействии синфазного сигнала СС разностный сигнал на выходе ДК отсутствует, поэтому оценивают выходной сигнал относительно общей шины.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.K1c |
K 2c |
Uвых1 |
|
|
S Rк |
|
Rк |
1. |
|
||
|
Ucc |
|
|
S |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
1 |
|
2 R0 |
|
2 R0 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вывод. ДК ослабляет синфазный входной сигнал благодаря глубокой ООС по току через R0, поэтому
чем больше R0, тем глубже ОС, тем больше ослабление СС.
Режим большого сигнала ДК
В дифференциальном каскаде ток IO стремятся сделать стабильным:
IO IЭ1 IЭ2 I K 1 I K 2 Const .
При воздействии на каскад дифференциального сигнала токи коллекторов изменяются таким образом, что их сумма всегда остается постоянной. Определим зависимость тока коллектора каждого из транзисторов от входного сигнала.
Ток каждого из транзисторов ДК зависит от приложенного к его переходу Э-Б напряжения:
UБЭ 1
IK 1 ISO e mi Т ,
UБЭ 2
IK 2 ISO e mi Т .
Учтем дополнительное условие их связи IO и получим зависимость:
IK 1 |
|
IO |
IK 1 |
|
|
IO |
|
IK 1 |
|
|
|
|
IO |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
IO |
|
|
|
|
|
IK 1 IK 2 |
1 |
|
IK 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IK 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U Д |
|
|||||
|
|
|
IO |
|
|
|
|
|
|
IO |
|
|
|
|
|
IO |
|
|
IO e mi Т |
. |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
UБЭ 2 U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
U |
БЭ 2 |
|
|
БЭ 1 |
|
|
|
|
U Д |
|
|
|
|
|
|
|
U Д |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
e mi Т |
1 e |
|
|
mi Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
mi Т |
|
|
|
|
|
1 e mi Т |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
UБЭ 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
e mi Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Крутизна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
gm |
dIK 1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
IK 1 |
. |
|
|
||||||||||||||||||||||||
характеристики или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
U Д |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
передаточная |
|
|
|
|
|
|
dU Д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mi T |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 e mi T |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
проводимость ДК: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Линейный участок, где gm Const, составляет +-2 T.
На выходе ДК всегда присутствует емкость нагрузки, скорость перезаряда которой определяет скорость нарастания выходного большого сигнала:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v dUC |
IO |
|
2 IKP |
|
2 mi T S |
. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
dt CO |
CO |
CO |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из выражения следует, что импульсные свойства каскада с ростом исходного тока коллектора транзисторов ДК улучшаются (растет скорость нарастания), однако это приводит к росту входных токов, что увеличивает погрешности каскада по постоянному току.
С0
I0
3.2. Работа ДК при использовании одного из |
|
|||||||
входов |
|
|
|
|
|
|
||
|
ДК управляется от входного |
|||||||
|
сигнала, |
|
действующего |
|||||
|
между входом 1 и |
общей |
||||||
|
шиной. |
|
Тогда |
можно |
||||
|
считать, |
что |
второй |
вход |
||||
|
соединен |
с |
землей |
через |
||||
|
малое |
сопротивление, |
т.е. |
|||||
|
закорочен |
|
на |
землю. |
||||
|
Входное |
|
напряжение |
|||||
|
передается на собственный |
|||||||
|
выход |
транзистора |
VT1 |
с |
||||
U ВЫХ 1 КСОБ U ВХ , |
||||||||
коэффициентом КСОБ, |
а |
на |
||||||
U ВЫХ 2 КСОС U ВХ . |
выход |
|
|
соседнего- |
с |
|||
|
коэффициентом КСОС. |
|
|
|
||||
|
|
|
|
Тогда для коэффициентов усиления запишем
КСОБ UВЫХ 1 |
|
S UБЭ1 RKH 1 |
|
|
|||
UВХ |
|
UВХ |
S ( 1 КЭ ) RKH 1 ,
КСОС UВЫХ 2 |
|
S UЭБ 2 RKH 2 |
|
|
|||
UВХ |
|
UВХ |
|
S КЭ RKH 2 |
|
|
|
KЭ КЭП |
S R |
|
|
|
|
S RO |
|
|
|
h11 Б |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
ЭН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1 |
S |
R |
|
|
1 |
|
S |
R |
|
h |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ЭН |
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
11 Б |
|
||||||
|
|
RO h11 Б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
RO h11 Б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
h11 Б |
|
2 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
RO h11 Б |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
S |
R |
h |
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
O |
11 Б |
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где h11 Б .
RO
•Если RO>>h11Б, то <<1 и КЭ=0,5, а КСОС=КСОБ. Фазы сигналов противоположны.
•Если RO мало, а это случается при наличии
сопротивления местной ООС в цепи эмиттеров транзисторов ДК, то отношение коэффициентов не равно 1 и задается :
КСОБ 1 КЭ 1 1 1 .
КСОС КЭ КЭ