- •Министерство образования и науки украины
- •Тема 1. Введение. Полупроводники. P-n-переход Введение
- •История развития электроники
- •Электропроводность полупроводников (собственная и примесная проводимость)
- •P-n-переход в состоянии термодинамического равновесия
- •P-n-переход под воздействием внешнего напряжения
- •Тема 2. Полупроводниковые диоды
- •Выпрямительные диоды
- •Полупроводниковые стабилитроны
- •Варикапы
- •Тема 3. Транзисторы. Устройство и принцип
- •Устройство биполярного транзистора
- •Принцип действия и схемы включения биполярного транзистора
- •Тема 4. Характеристики и параметры
- •Вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов
- •H-параметры транзистора
- •Тема 5. Полевые транзисторы
- •Тема 6. Биполярные транзисторы с изолированным затвором (igbt-транзисторы)
- •Тема 7. Тиристоры
- •Тема 8. Интегральные микросхемы (имс)
- •Элементы и компоненты имс
- •Тема 9. Общие сведения об усилителях и их классификация. Основные параметры и характеристики усилителей
- •Основные технические характеристики усилителей
- •Вопросы согласования усилителей
- •Тема 10. Каскады предварительного усиления Практические схемы ук с оэ, об и ок. Составной эмиттерный повторитель
- •Тема 11. Усилители постоянного тока
- •Дифференциальные усилители
- •Тема 12. Классы усиления
- •Тема 13. Обратные связи в усилителях Принципы обратной связи
- •Виды обратной связи
- •Тема 14. Операционные усилители Общие сведения
- •Основные схемы включения оу
- •Характеристики оу
- •Тема 15. Общие сведения об импульсных устройствах
- •Тема 16. Транзисторный ключ как формирователь импульса
- •Содержание
Дифференциальные усилители
Дифференциальный усилитель используют в тех случаях, когда слабые сигналы можно потерять на фоне шумов. Например, при измерении электрических потенциалов различных точек человеческого тела, снятии электрокардиограммы и т.д.
Рис. 59. Дифференциальный усилитель |
Дифференциальный усилитель представляет собой схему, предназначенную для усиления разности напряжений двух входных сигналов (рис. 59). В идеальном случае выходной сигнал не зависит от уровня каждого из входных сигналов и определяется только их разностью. Выходной сигнал можно снимать либо между коллекторами (симметричный выход), либо между любым из коллекторов и общим проводом (несимметричный выход).
Основное преимущество таких усилителей – высокое усиление дифференциального сигнала и низкое усиление синфазного сигнала (синфазный сигнал – одновременное и одинаковое изменение сигналов на обоих входах). Дифференциальный коэффициент усиления равен:
при симметричном выходе и
при несимметричном выходе.
Коэффициент усиления синфазного сигнала (изменение разности коллекторных напряжений с изменением синфазного входного напряжения)
.
Обычно исоставляет меньше единицы. Чем выше, тем меньше. Вместо сопротивлениячасто используется активный источник тока (рис. 57), что приводит к снижению(заменяется выходным сопротивлением активного источника тока, которое теоретически равно бесконечности).
Коэффициент ослабления синфазного сигнала
.
Тема 12. Классы усиления
В зависимости от положения рабочей точки в режиме покоя на ВАХ транзисторов различают три основных режима или класса усиления: А, В и АВ. Основными характеристиками этих режимов являются КПД и нелинейные искажения. Каждый из режимов обладает своими достоинствами и недостатками (табл. 2).
Таблица 2. Характеристика классов усиления
Класс усиления |
A |
B |
AB |
КПД |
max 50% |
max 78% |
max 60-75% |
Искажения |
малые |
высокие |
средние |
Потребляемая мощность |
постоянная |
зависит от выходной |
зависит от выходной |
Термостабильность |
низкая |
высокая |
средняя |
В режиме A рабочая точка находится на середине линейного участка ВАХ транзисторов, поэтому нелинейные искажения сигнала минимальны. В отсутствие сигнала через выходной каскад протекает значительный ток покоя, транзисторы в течение рабочего периода никогда не закрываются, т.е. каждый транзистор участвует в усилении обеих полуволн сигнала – и положительной, и отрицательной. Потребляемая мощность постоянна, а мощность рассеяния максимальна при малых сигналах. Термостабильность в этом режиме наихудшая.
В режиме B рабочая точка выходного каскада смещена до критического значения коллекторного тока и каждую половину периода происходит переключение транзисторов – каждый из них усиливает свою "половину" сигнала (в качестве примера может служить схема на рис. 60). В отсутствие сигнала транзисторы закрыты, ток покоя не протекает. Потребляемая мощность пропорциональна выходной, а мощность рассеяния приблизительно постоянна (максимум 22% от выходной). Термостабильность исключительно высокая. Самый главный недостаток – в диапазоне (-0,5÷-0,6) В – (0,5÷0,6) В образуются искажения типа "ступенька" (переключательные искажения), т.е. возникает определённая "мёртвая зона" усиливаемых сигналов (рис. 61).
| |
Рис. 60. Двухтактный усилитель |
Рис. 61. Искажения сигнала |
В режиме A-B рабочая точка выбрана в начале линейного участка ВАХ транзисторов, поэтому при малых сигналах каскад работает фактически в режиме A, а в режим B переходит при достаточно сильном возбуждении. В отсутствие сигнала через каскад протекает некоторый ток покоя (например, в схеме на рис. 62 это достигается подбором сопротивлений ,,, в результате чего падение напряжения на сопротивлениистановится равным величине "мёртвой зоны"). КПД при этом снижается и появляется проблема стабилизации тока покоя. Термостабильность удовлетворительная.
|
Рис. 62. Режим А-В |
В режиме С рабочую точку выбирают в области отсечки. Этот режим применяют в избирательных усилителях, характеризуется значительными искажениями, но высоким КПД.
В усилителях класса D возможен режим непосредственного усиления цифровых сигналов без их преобразования в аналоговую форму. Принцип работы усилителей этого класса состоит в том, что выходной каскад возбуждается импульсами прямоугольной формы. Затем последовательность прямоугольных импульсов поступает на усилитель мощности, работающий в ключевом режиме. Фильтр нижних частот на выходе выделяет полезный сигнал, подавляя при этом несущую частоту, ее гармоники и боковые полосы спектра модуляции. КПД этих усилителей доходит до 92-95%. Это преимущество особенно проявляется при усилении сигналов малого уровня. Однако искажения сигналов малого уровня больше, чем среднего. Коэффициент нелинейных искажений обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1%.