Тема 5.6 Усилители постоянного тока (упт)

1. Особенности УПТ – см. «Тема 5.3»

2. Балансная схема УПТ.

3. Дифференциальный усилитель (ду).

4. Операционный усилитель (ОУ).

2. Балансная схема УПТ - мостовая схема УПТ.

Рис.31

+

-

Пример мостовой схемы:

Рис.32

G

Мост считается сбалансированным, если потенциалы в точке a и b равны. Это наблюдается при определенном соотношении R1, R2, R3, R4.

В балансной схеме УПТ мост образован: Rк1, Rк2, VT1, VT2. Одноименные элементы схемы выбираются одинаковые.

За счет R0 осуществляется предварительная балансировка моста, т.е. при Uвх = 0, Uвых = 0.

В данной схеме не возможен дрейф 0, поскольку причины, вызывающие дрейф 0 не могут разбалансировать мост. Например, изменение температуры действует на оба транзистора одновременно и одинаково, поэтому мост не разбалансируется.

При U_вх≠ 0 мост рабалансируется  U_вых ≠ 0 и соответствует U_вх.

Для примера полярности U_вх. на рисунке, U_вых имеет противоположную полярность (фазу), т. к. при этом VT1 приоткрываетсяU_кэ1, VT2 прикрывается U_кэ2.

4. Дифференциальный усилитель (ДУ) на БТ – это балансный УПТ имеющий источник стабильного тока в цепи эмиттеров (I₀ – const)

I₀ – const в данной схеме обеспечивается гигантским R₃ и Е₁.

Рис.33

Е1

+

I_вх

I₀ – const

Как и при анализе операционного усилителя, при рассмотрении дифференциального усилителя широ­ко используют дифференциальное входное напряжение U_вх.диф и синфазное входное напряжение U_{вх.синф}. Эти понятия при обращении к операционному усилителю ис­пользуют потому, что в качестве его входного каскада при­меняется дифференциальный усилитель. Дифференциаль­ное входное напряжение определяется выражением: U_вх.диф = U_вх2-U_вх1

Пусть U_вх.диф = 0. тогда U_{вх.синф}=U_вх1=U_вх2. Напря­жение U_{вых.диф} называют выходным дифференциальным сигналом, причем U_{вых.диф} = U_к1-U_к2.

Основная идея, реализованная в дифференциальном каскаде, как это было показано выше, состоит в исполь­зовании в одном целом двух совершенно одинаковых по­ловин. Эта идея достаточно часто применяется в электро­нике.

Использование двух одинаковых половик приводит к тому, что выходное напряжение U_{вых.диф} очень слабо за­висит от входного синфазного напряжения и практически определяется только напряжением U_{вх.диф .} Усилитель называют дифференциальным потому, что U_{вых.диф} пропор­ционально напряжению U_вх.диф (пропорционально разно­сти напряжений U_вх1 и U_вх2). Другие дестабилизирующие факторы, кроме синфазного напряжения, также оказыва­ют слабое влияние на величину U_{вых.диф.}

Рассмотрим кратко процессы, происходящие в усили­теле при поступлении на его вход положительного сигна­ла U_вх.диф.. При увеличении этого сигнала, во-первых, уве­личиваются ток базы и ток коллектора транзистора VT2. Это приводит к увеличению напряжения U_Rк2, и уменьшению напряжения U_к2. Во-вторых, уменьшаются ток базы и ток коллектора транзистора VТ1. Это приводит к уменьшению напряжения U_Rк1 и увеличению напряжения U_к1. В ре­зультате напряжение U_{вых.диф} увеличивается. Если напря­жение U_{вых.диф} чрезмерно велико, то транзистор VT2 может войти в режим насыщения, а транзистор VТ1 в состояние отсечки. При отрицательном напряжении U_вх.диф транзи­сторы меняются ролями.

Проведем количественный анализ ДУ. Пусть U_диф = 0 и установлен фиксированный ток I₀. Обозначим через β_ст1 и β_ст2 стати­ческие коэффициенты передачи тока базы, а через β₁ и β₂ динамические коэффициенты соответственно для транзи­сторов VT1 и VT2. Если β_ст1 = β_ст2 = β_ст , β₁ = β₂ = β, тогда в начальном режиме I_б1 = I_б2 = I₀/(2·(1+ β_ст))≈ I₀/(2·β_ст); I_к1 = I_к2 ≈ I₀/2

Допустим, R_к1 = R_к2 = R_к, тогда U_к1 = U_к2 = Е - I₀/2 · R_к

В частности, если I₀=Е_к/R_к, то U_к1 = U_к2 = Е_к/2

Такой начальный режим работы обеспечивает макси­мально возможный диапазон изменения напряжений U_к1 , U_к2 и U_{вых.диф} (-Е_к….+Е_к)

Определим коэффициент усиления по напряжению для дифференциального сигнала К_диф

К_диф = U_{вых.диф} / U_вх.диф = (β·R_к)/((β+1)·r_э≈R_к/r_э

U_вх.диф = 2·(β+1)·r_э·|_ΔI_б|

U_вх.диф = |_ΔI_б|·β·R_к·2

Как известно, при увеличении начального тока в цепи эмиттера величина r_э уменьшается, а при уменьшении увеличивается. Поэтому при увеличении тока I₀ коэффи­циент К_диф увеличивается. Это позволяет изменять коэффициент усиления, изменяя начальный режим работы уси­лителя.

5. см.дисциплину «Импульсная техника»

Раздел №2 Микроэлектроника