Простейшие источники опорного напряжения на основе эмиттерного повторителя.

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5

Простейший источник опорного напряжения (ИОН) со стабилитроном в базовой цепи ЭП показан на рис.4.8. Стабилитрон обеспечивает стабилизацию напряжения в цепи базы. Выходное стабильное напряжение ИОН равно

U⁰_вых=U_ст-U*, (4.8)

как источник напряжения, должен иметь малое выходное сопротивление, которое можно найти из рассмотрения эквивалентной схемы ИОН.

рис. 4.8 источник опорного напряжения (ИОН) со стабилитроном в базовой цепи ЭП

Где Е+_п - нестабильное напряжение, U_вых – стабилизированное выходное напряжение.

Схема с общей базой (ОБ).

Схемы с ОБ, приведенные на рис.4.9а и 4.9б, имеют низкое входное и высокое выходное сопротивление.

рис.4.9а. схема с ОБ

рис.4.9б. схемы с ОБ

Необходимо помнить, что база транзистора по переменному сигналу должна быть заземлена. В этой схеме входной сигнал подается через конденсатор С₁ в эмиттерную цепь. Эквивалентная схема ОБ для постоянного и переменного тока показана на рис.4.10 и 4.11.

рис 4.10 Эквивалентная схема по постоянному току.

рис 4.11 Эквивалентная схема по переменному току.

Коэффициент усиления по переменному току (рис.4.11) равен

К^/_U≈ R_к/r_э, (4.9)

отсюда следует, что схема ОБ не инвертирует фазу на выходе. Поскольку схема с ОБ имеет низкое входное сопротивление, то наиболее эффективно схема работает от источника переменного тока. Поскольку переменные составляющие входного и выходного тока приблизительно равны (рис.4.10.а), то коэффициент усиления по току

К_I≈ ∆ I_к/∆ I_э≤ 1. (4.10)

Если рабочая точка устанавливается с помощью делителя напряжения (при однополярном питании), то к выходу базы подключается конденсатор С, который по переменному сигналу обеспечивает заземление базы. При работе схемы с ОБ от источника напряжения, эквивалентную схему можно представить в следующем виде рис.4.12.

рис.4.12. эквивалентная схема схемы с ОБ от источника напряжения

ГЛАВА V

Коррекция фазо-частотных характеристик (ФЧХ) ОУ

Многофункциональность ОУ достигается за счёт использования различных цепей отрицательной обратной связи (ООС). Применение ООС позволяет увеличить входное и уменьшить выходное сопротивления, расширить полосу пропускания частот, т.е. приблизить характеристики реального ОУ к идеальному. Вместе с тем, при определённых условиях, ОС из отрицательной может стать положительной (т.е. наблюдается появление в передаточной характеристике ОУ на определённых частотах полюса, расположенного в правой части комплексной плоскости P), что приведёт к нарушению устойчивости ОУ. Признаком нарушения устойчивости ОУ является присутствие сигнала на выходе схемы при отсутствии сигнала на входе. Усилитель при этом превращается в генератор незатухающих колебаний. Для предотвращения таких колебаний (самовозбуждения) к ОУ подключают цепи фазо-частотной коррекции, формирующие форму амплитудно-частотных (АЧХ) и фазо-частотных (ФЧХ) характеристик и обеспечивающие устойчивость ОУ при охвате его цепью отрицательной ОС.

Условие устойчивости ОУ.

Воспользуемся критерием устойчивости [ ], широко используемым в теории автоматического управления.

Усилитель является устойчивым если сдвиг фазы выходного сигнала возвратного отношения Τ (jω ) в области частот, где модуль |Τ (jω )|> 1 не превышает -135˚ (с учётом минимального запаса по фазе Δ φ =45˚ )

Если сдвиг фазы выходного сигнала не превышает -135˚, то |Τ (jω )| может быть больше единицы.

Ответим на вопрос, какая форма АЧХ ОУ соответствует сформулированному условию устойчивости. Наиболее часто используется следующая форма возвратного отношения.

Τ (jω )= , (5.1)

где , - постоянные времени, определяющие полюса в передаточной характеристике ОУ.

форма |Τ (jω )| представлена на рис 5.1.

рис 5.1

Из рис 5.1 следует, что на частоте запас по фазе Δ φ =45˚ , а на частоте запас по фазеΔ φ = -135˚, т.е. форма диаграммы |Τ (jω )| соответствует условию устойчивой работы.

Возвратное отношение Τ (jω ) связано следующим соотношением с коэффициентом усиления ОУ при разомкнутой ОС.

, (5.2)

где - коэффициент усиления ОУ с разомкнутой цепью отрицательной ОС,

- коэффициент передачи по цепи обратной связи,

- коэффициент передачи ОУ с замкнутой цепью ОС.

Таким образом, целью коррекции ФЧХ является получение формы частотной характеристики возвратного отношения, показанной на рис 5.1.

Рассмотрим зависимость коэффициента усиления от частоты трёхкаскадного ОУ.

, (5.3)

где - коэффициент усиления ОУ с разомкнутой цепью ОС по постоянному току.

Построим асимптотические диаграммы (диаграммы Боде) модуля и фазы коэффициента .

Считаем, что цепи обратной связи имеют активный характер, т.е. не зависит от частоты.

Определим максимально возможную по условию устойчивости величину модуля возвратного отношения.

Из рис 5.2 видно, что фаза Τ (jω ) совпадает с фазой , а для модуля коэффициента усиления справедливо следующее соотношение:

(5.4)

или (5.5)

рис 5.2

Из графика на рис 5.2 видно, что сдвиг фазы φ =-135˚

на частоте . По условию устойчивости ( )при этом

|Τ (jω )|=1, что соответствует границе устойчивости работы, т.е. на графике в логарифмическом масштабе этому условию соответствует горизонтальная линия 80 дБ. На низких частотах максимально возможная величина |Τ (jω )|=20дБ, а минимальная величина . При увеличении глубины ОС (т.е. увеличения сдвиг фазы превышает -135˚ и ОУ возбуждается.

Таким образом, целью коррекции частотно-фазовых характеристик ОУ является придание такой формы диаграммы Боде для АЧХ, при которой сдвиг по фазе коэффициента передачи с замкнутой цепью ОС не превышал бы -135˚ .

Реализация цели осуществляется с помощью реактивных RC-цепей.

⇐ Предыдущая 1 2 3 45