Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции / Лекции по АИС до ОУ.doc
Скачиваний:
125
Добавлен:
16.04.2013
Размер:
1.11 Mб
Скачать

Входное сопротивление: .

Выходное сопротивление: .

Усиление по напряжению на ср. частотах в схеме эмиттерного повт-ля (ЭП): т.к. Rнагр >> T/IK . AU  1.

МДПТ и ПТ. З СЗС С Rнагр

ОИ.

UЗИ СЗИ gmUЗИ rСИ UСИ

И

Выходное сопротивление rвых = rси = UA/Iси,

UA - коэффициент модуляции длины канала транзистора, UA  100-200 В.

Коэффициент усиления:

AU = -gmRнагр.

ОЗ. И С Rнагр

Uиз Сзи rвх gmUиз rси Сзс U

З

ОС. (истоковый повторитель) З Сзи И

Uзс Сзс gmUзс rвых Uис

С

Коэффициент усиления по напряжению здесь, как и в схеме ЭП, равен единице.

Входное сопротивление в схеме ОМ и ОС бесконечность (диэлектрик).

Составные транзисторы.

Схема Дарлингтона. Быстродействие хуже из-за диффузионной емкости Т2 , лучше вариант с резистором: IR<IБ2, UR<UБЭ2 на токах утечки. R = n*100 Ом в мощных транзисторах, R = n*1000 Ом в малосигнальных схемах.

БК

=  N12 UБЭ = 2UБЭ, UКЭ  UБЭ

Э

= Nnpn , Uпроб как в p-n-р.

Схема Шиклаи (Sziklai), p-n-p

= pn частотные хар-ки хуже,

по pnp-типу.

Cхема Шиклаи n-p-n (комплементарный транзистор)

К nр, UБЭ = UБЭ, UКЭ = UБЭн

Б

Э

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ

Элементарные каскады это схемы с ОЭ, ОБ, ОК на ИБТ или с ОИ, ОЗ, ОС для МДПТ. Каскады выполняют усиление мощности, при этом может быть усиление тока, напряжения или того и другого одновременно. Различают три группы каскадов:

  1. Усилительные каскады, усиливают ток и напряжение AU, Ai.

  2. Повторители напряжения. Усиление мощности происходит за счет усиления тока.

  3. Повторители тока (на выходе ток повторяет ток на входе). Усиливается напряжение.

  4. Преобразователи напряжения (S=Iвых/uг), преобразователи тока (Т=Uвых/iг).

Рассмотрим наиболее распространенные схемы усилителей на ИБТ с ОЭ:

UИП

Rн Rн

Uвых

Rг

RЭ AU=-Rн/RЭ

1. ОЭ, UЭ = 0 2. ОЭ, UЭ  0.

Uвх

Используя малосигнальную модель ИБТ, схема с ОЭ, представим входные и выходные сопротивления схемы:

Rг rБ СБК

Uвх СЭБ Uвх* gm-1 gmUвх* g0-1 Rн Сн

вход выход

Напомним,что gm = -IK/T, rЭ = (IЭ/T)-1, rБЭ = N(IЭ/Т)-1 = /gm;

Определим в схеме 1 цепи входного и выходного тока и суммарное сопротивление в соответствующих цепях:

- во входной цепи базового тока последовательно соединены резисторы

rвх = Rг + rБ + /gm ,

  • в выходной цепи включены параллельно 2 резистора

rвых =Rн  g0-1.

При малых номиналах нагрузочных сопротивлений (по сравнению с выходным сопротивлением транзистора) коэффициент усиления по напряжению

AU = Uвых/Uвх*  -gmUвх*Rн/Uвх* = -gmRн = - RнIK/T = -RнgБЭ,

?С учетом сопротивления генератора на входе и того, что rвх = (+1)gm-1,

AU = -Rн/(Rг+rБ+/gm) = -Rн/rвх.

Недостатки усилителя с заземленным эмиттером:

  1. Нелинейность. При высоком коэффициенте усиления (-400 при токах 1мА, но может быть и порядка –800 при токе 2мА и выходном напряжении =0, и нулевым при токе =0 и выходном напряжении, равном напряжению питания) вследствие изменения тока искажается выходной сигнал:

Uвх Uвых Uип

(В схеме (2) усиление почти не зависит от тока, поэтому обеспечивается

усиление почти без искажений в большом диапазоне изменения сигнала.)

  1. Входное сопротивление. Входное сопротивление rвх = rЭ , то есть тоже зависит от тока. Если выходное сопротивление источника входного сигнала невелико, получается нелинейные делитель напряжения во входной цепи. (В схеме 2 с ОЭ входное сопротивление постоянно.)

  2. Смещение. В рассматриваемом усилителе смещение трудно выполняется, постоянное смещение с резистивного делителя всегда связано с влиянием температуры на падение напряжения на открытом диоде  1/Т, ток коллектора увеличивается в 10 раз через каждые 300. Температурная нестабильность тока смещения может ввести транзистор в режим насыщения.

Практически все перечисленные недостатки отсутствуют во второй схеме усилителя с ОЭ, только коэффициент усиления будет гораздо меньше.

Поскольку в схеме ЭП нет усиления по напряжению, изменения напряжения в узлах эмиттера и базы равны:

iЭ = uЭ/RЭ = uБ/RЭ = uвх/RЭ.

Коллекторный ток примерно равен эмиттерному:

uK = -iKRн = -(uвх/RЭ)Rн = uвых,

отсюда коэффициент усиления постоянен и равен

AU = uвых/uвх = -Rн/RЭ .

AU0

0.7AU0

f1 f2 f3 f-3дБ f=/2

Снижение коэффициента усиления на нижних частотах fн зависит от свойств внешних элементов цепи, а на высоких – от параметров самой цепи.

Известны следующие разновидности усилителей:

  1. широкополосные,

  2. мощные низкочастотные,

  3. избирательные.

Методы расширения полосы пропускания широкополосных усилителей.

1. Исходная схема.

uг Т1 RK1 T2 Rн Сн

при Rг = 0

AU(j)=AU0/(1+j), AU0 = (Rн/rвх2)[RK12rвх2/rвх1] Rн2/rвх1,

  (RK1[2rвх2])CK22gЭ2Rн+RнК2н2)2СК2Rн + СнRн .

AU02Rн/rБЭ

0,7AU0

-20 дБ/декаду

U

2. Каскодная схема.

По сравнению с предыдущей схемой усиление примерно в раз меньше, зато примерно во столько же раз меньше постоянная времени:

2Rн/rБЭ1

2Rн/rБЭ1

3. Выходной каскад с ОЭ.

Т1 RK1 T2 RЭ2 Rн Сн

эти выражения подставим в

формулы для схемы (1.)

Коэффициент усиления выходного каскада постоянен и равен RК2/RЭ2.

Частота единичного усиления будет меньше U . UU

При RЭ2  AU  

 RнБК2КП2н) f()

U 

4. Каскады с обратными связями.

Rос

Т1 Т2 Сн

RK1 Rн

Здесь по сравнению со схемой 1. не будет ухудшения частотных свойств U(1)  U(4).

Roc1

Roc2>Roc1

U

5.

T1 T2

RK1 Rн Сн

RЭ1 Roc

AU0  Roc/RЭ1.

В этой схеме получено уменьшение усиления и расширение полосы пропускания.

Можно обобщить приемы расширения полосы пропускания:

  1. Выбор определенного сочетания каскадов (лучшие свойства каскада 2.);

  2. Использование местных отрицательных обратных связей

Последовательного типа (3) параллельного типа (4)

  1. Использование полных обратных связей (5). Последовательно-параллельного типа, (в зависимости от способа подключения ко входу), по току или напряжению (по способу съема с выхода).

Методы построения ШПУ с большим коэффициентом усиления.

Выходные свойства ШПУ можно представить следующим образом:

AU, T

jвых = uвых/Zвых

Zвых Yвых = 1/Zвых

Uвых Zн Uн Выгодно делать

Zн/(Zвых+Zн)  1 или

Zвых/Zн << 1 получим выходное напряжение.

Iвых AI, S Для выходного тока выгодно делать

Zн/Zвых << 1

Jвых Yвых Zн

Усилители, преобразователи тока и преобразователи напряжения.

Для усилителей и преобразователей тока или напряжения, соответственно, нужно придерживаться следующих соотношений:

Преобразователи напряжения Преобразователи тока

AU, S AI, T

Zг Iвх

Uг Zвх Jг Zг Zвх

Zвых1 Zвх2=Zн1

1)

Iвх

2)

Zн1  Zвх2(2) << Zвх2(1) для усиления по току

3)

Zн1 = Zвх2(3) > Zвх2(1) по сравнению со схемой (1) 1 уменьшается

4)

Zн1 = Zвх2(4) < Zвх2(1) частотные свойства лучше, чем в (3).

При построении ШПУ применяют местные ОС и проводят оптимизацию полосы пропускания каждой ячейки, при этом желательно придерживаться следующих рекомендаций:

1. AU Zвх  , Zвых 

2. AI Zвх  Zвых 

3. S Zвх  Zвых 

4. T Zвх  0 Zвых  0

AU:

AI:

В области больших частот имеют преимущества парафазные схемы с эмиттерными связями, используются транзисторы в схемах с ОК (Т1) и с ОБ (Т2). Это частный случай дифференциальных каскадов, основное отличие – несимметрия схемы. В такой схеме минимизируется емкость коллектора во входном плече, а включение транзистора с ОБ преобразует усиление по току в усиление по напряжению. Каскад неинвертирующий, поэтому затруднено использование ООС. Коэффициент усиления схемы с эмиттерной связью равен примерно половине АU в аналогичной схеме с ОЭ

+U

I1 RK I2

Uвых

Rг

Uвх Т1 Т2

I0

-U

Источники тока. Источники напряжения, источники опорного напряжения.

  1. Источники тока. С учетом направления тока различают:

а) источники тока, вытекающие токи для питания p-n-p- транзисторов и р- МДПТ.

+U

I0 упр.входы +U

ФТ

A 0

Rн Rн

-U

б) токоотводы, втекающие токи для питания n-p-n- транзисторов и n- МДПТ

+U Rн +U

0

Rн упр. входы

А ФТ

I0

-U

Чаще всего в качестве источника тока используют схему токового зеркала.

UБЭ1 = UБЭ2  IЭ1 = IЭ2

I1 = IК1 + IБ1 + IБ2 = IК +2IК/ = IК(1+2/) I1 I2

I2 = IК1 = I1(1+ 2/)

UБЭ1 = UБЭ2, IЭ1/IЭ2 = AЭ1/AЭ2  IК1/IК2

IБ  0 при  >> 1  100

Можно масштабировать токи при помощи площадей Т1 Т2

эмиттеров.

Задать (ограничить в диапазоне мА - мкА) величину тока в формирователе тока можно при помощи простейшей цепи резистора:

UИП

I1 = [(UИП-UБЭ)/R1], I2 = [(UИП-UБЭ)/R1]AЭ2/AЭ1, I1 R1 I2

более корректно:

I2 = I1 - 2IБ = I1(1-2/ + UБЭ/Т)А1=А2.

Точность выставления I2  5%.

ВАХ идеального и реального источника тока отличаются величиной динамической выходной проводимости ИТ:

IK I

g0=gКЭ=IK/UA g0=0 I0