10.8 Запитання та завдання для самоконтролю

1. В чому полягає відмінність каскадів кінцевого підсилення в порівнянні з каскадами попереднього підсилення?

2. Чим викликане обмеження вихідної потужності підсилювача в режимі класу А при заданому коефіцієнті нелінійних спотворень?

3. Які залежності вихідної потужності та коефіцієнта нелінійних спотворень ККП від величини опору навантаження?

4. Для схеми однотактного ККП з безпосереднім підключенням навантаженням і вихідною потужністю 0,1 Вт на опорі 80 Ом зробіть вибір з довідника а) біполярного транзистора і б) польового транзистора.

5. Які додаткові позитивні якості має двотактна схема порів­няно з однотактною?

6. Назвіть максимально досяжні значення ККД для підсилю­вальних каскадів, які працюють у режимах класу А, В, АВ, С, D.

7. Довести, що ККД каскаду, що працює у режимі класу В, більший за ККД каскаду, що працює у режимі класу А.

8. Нарисуйте якісно динамічні ВАХ підсилю­вальних каскадів, які працюють у режимах класу А, В, АВ, С, D. Дайте пояснення їх часовим характеристикам.

9. Чому в двотактному ККП відбувається збільшення вихідної потужності та зменшення коефіцієнта нелінійних спотворень у порівнянні з однотактною?

10. Для схеми двотактного ККП з безпосереднім підключенням навантаженням і вихідною потужністю 100 Вт на опорі 4 Ом зробіть вибір з довідника біполярних або польових транзисторів.

11. Як зміниться вихідна потужність підсилювального каскаду за зростання ?

12. Довести, що в спектрі вихідного струму двотактної схеми ККП відсутні парні гармоніки. При яких умовах?

13. Нарисуйте структурну схему однотактного підсилювача з ШІМ та поясніть функціональне призначення її блоків.

14. Нарисуйте структурну схему двотактного підсилювача з ШІМ та поясніть функціональне призначення її блоків.

Література [1, 19-21]

11 ОпераційнІ підсилювачі

11.1 Основні показники операційних підсилювачів та вимоги до них

Операційний підсилювач (ОП) – це підсилювач, що виконується на базі диференціального підсилювача постійного струму і повинен відповідати таким вимогам:

– мати великий вхідний опір (ідеальний – );

– мати малий вихідний опір (ідеальний – 0);

– мати великий коефіцієнт підсилення ( в смузі підсилення – нуль – одиниці МГц);

– забезпечувати підсилення як з інверсією сигналу, так і без інверсії;

– мати малий дрейф нуля.

Перша вимога дозволяє підключати ОП до будь-якого кола, не порушуючи його роботи. Друга вимога гарантує виконання ОП його функцій без відносно до величини і характеру навантаження, куди передається сигнал. Четверта забезпечує охоплення ОП зворотним зв'язком будь-якого виду (додатний чи від'ємний).

При виконанні усіх вказаних умов передатна характеристика усієї системи з великою точністю відповідає передатній характеристиці кола зворотного зв'язку і практично не залежить від параметрів ОП

.

Сучасна промисловість випускає багато типів інтегральних ОП, які мають малі габарити і масу, відносно дешеві і доступні.

Статичні і динамічні властивості ОП характеризуються сукупністю електричних параметрів, серед яких можна виділити:

– коефіцієнт підсилення (диференціальний)

;

– напруга зміщення ( ) – напруга, яку необхідно прикласти між входами ОП для отримання нуля на виході;

– середній вхідний струм ( ) – середнє арифметичне значення вхідних струмів, що вимірюється при такий вхідній напрузі, коли вихідна напруга дорівнює нулю

;

– різниця вхідних струмів, що вимірюється, коли напруга на виході ОП дорівнює нулю

;

– температурний дрейф вхідного струму – коефіцієнт, що дорівнює відношенню максимальної зміни вхідного струму ОП до зміни температури, що викликає зміну струму ;

– вхідний опір – опір одного з входів ОП, у той час як другий закорочений (вхідний опір диференціальному сигналу, );

– вхідний опір синфазному сигналу – величина, що дорівнює відношенню прирощення синфазної вхідної напруги до прирощення середнього вхідного струму ( );

– коефіцієнт послаблення синфазного сигналу

,

де – коефіцієнт підсилення синфазної складової сигналу;

– коефіцієнт впливу нестабільності джерела живлення ( ) –відношення зміни напруги зміщення до зміни однієї з напруг живлення, що викликає це зміщення;

– вихідний опір ( )

;

– частота одиничного підсилення ( ) – частота, на якій модуль коефіцієнта підсилення ОП дорівнює 1;

– гранична частота ( ) – максимальна частота синусоїдального сигналу, при якому зберігається гарантований ефективний діапазон синусоїдальної вхідної напруги ОП;

– максимальна швидкість наростання вихідної напруги ( ) – найбільша швидкість зміни вихідної напруги при прикладанні до входу ОП імпульсу прямокутної форми і максимальної амплітуди;

– напруга шуму ОП – містить три некорельовані складові: – складова, що зумовлена тепловим шумом (білий шум), – складова, що зумовлена дифузією неосновних носіїв; – складова, що викликана поверхневими явищами у напівпровідниках.

.

Типові амплітудні характеристики ОП ( ) та амплітудно–частотні характеристики ОП подані на рис. 11.1 – 11.2.

Рисунок 11.1 – Амплітудні характеристики операційного підсилювача

Рисунок 11.2 – Амплітудно–частотна характеристика операційного підсилювача

ОП, не дивлячись на складну внутрішню структуру, може розглядатися як цільний елемент з гарантованими вхідними і вихідними параметрами. В багатьох випадках ОП можна замінити ідеалізованою моделлю, що має нескінченно великий коефіцієнт підсилення по напрузі у необмеженій смузі частот і нескінченно малі вхідні струми і напруги зміщення. На рис. 11.3 наведена еквівалентна схема реального ОП для НЧ.

Рисунок 11.3 – Еквівалентна схема операційного підсилювача (макромодель)

Колами, що поділені на сектори, на схемі позначені ідеальні підсумовувачі (чорний сектор означає інверсію вхідного сигналу).