Глава №1. Усиление электрических колебаний.

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Параллельное соединение.

определяет ВАХ диода, с другой стороны

если то , когда

Стабилитроны, туннельные диоды – неоднозначная устойчивость

(динистор, туннельный диод)

Рассчитаем рабочую точку для биполярного транзистора.

входные характеристики

(нагрузочная прямая)

по току i₁₀→ U₁₀

по напряжению U₂₀→ i₂₀

Удобно рассмотреть три области НЧ, СЧ, ВЧ

1) Средние частоты

; ;

2) Низкие частоты

Граничная частота определяется по уровню 0.707 (соответствует половине мощности)

3) Высокие частоты

но остальные

полоса

Общая характеристика.

Как расширить полосу

1) На НЧ для уменьшения надо увеличить

2) НА ВЧ для увеличения надо уменьшать и все сопротивления

Но это (последнее) уменьшит и

Найдём произведение

Не зависит от сопротивлений, т.о. если хотим выиграть в , проиграем в

Дополнение: Если учесть частотную зависимость крутизны S то на ВЧ получим

-дополнительное снижение на ВЧ. Это надо учитывать в широкополосных усилителях ( )

§15 Переходная характеристика усилителя.

Схема соответствует предыдущему параграфу реакция на единичный скачок.

Без и реакция мгновенна. Ёмкости определяют переходный процесс

Эквивалентная схема на НЧ.

; ;

На ВЧ

(реакция на импульс)

То влияет на и медленные процессы на и быстрые процессы – препятствуют скачкам, затягивает фронт импульса. Если плохо передаётся ВЧ – затягивается фронт.

Результирующая h Отклик на импульс

Глава 2. Обратные связи в усилителях.

Различают внутренние, паразитные и внешние обратные связи. Внутренние ОС определяются параметрами обратной передачи g₁₂или h₁₂ и свойственны в основном усилителям на биполярных транзисторах. Паразитными ОС называют связи, возникающие из-за наличия проходных емкостей ламп и транзисторов С_са, С_зс, С_бк и монтажных емкостей между выходом и входом усилителя. К внешним относят ОС, создаваемые в усилителе специально для изменения его свойств. Примеры внешних ОС уже встречались при рассмотрении схем термостабилизации режима транзисторов.

Структурная схема усилителя с ОС имеет вид:

Рис.1

Здесь – усилитель без ОС, – цепь обратной связи. Предполагаем, что усилитель связи однонаправлен (g₁₂=0). Цепь ОС, как правило, линейна и для нее g₁₂≠ 0. Но обычно сигнал, проникающий по цепи ОС от выхода на выход усилителя мал, и его не учитывают. Поэтому цепь обратной связи тоже можно считать однонаправленной.

Основные виды обратных связей.

По способу сложения входного сигнала и сигнала обратной связи на входе усилителя обратные связи делят на последовательные и параллельные. По способу подачи сигнала с выхода усилителя в цепь ОС различают ОС по напряжению и по току. Комбинации этих способов дают 4 основных вида ОС:

1. Последовательная ОС по напряжению (рис.2)

Рис.2

Здесь складываются напряжения: (1),

а напряжения ОС пропорциональны выходному: (2), причем не зависит от

2. Последовательная обратная связь по току (рис.3)

Рис.3

В отличие от предыдущего случая, в этой схеме пропорционально входному току: (3). Учитывая, что , можно формально записать и для этой схемы соотношение (2),

выразив через g: . Однако коэффициент в данном случае зависит от .

3. Параллельная обратная связь по напряжению (рис.4)

Рис.4

В данном случае складываются токи: , причем ~ .

4. Параллельная обратная связь по току (рис.5)

Здесь ~ . Кроме этих четырех основных видов ОС применяются и их комбинации.

Примеры схем с ООС.

1.Эмиттерный повторитель (рис.12) (схема с общим коллектором)

рис.12

Эмиттерный повторитель является примером схемы с ООС по напряжению.Действительно здесь , , а , т.е.

.Если считать заданным напряжение , то .

Таким образом коэффициент усиления эмиттерного повторителя

(24)

Входное сопротивление усилителя (без учета )

(25)

где

Обычно и , а

Входное сопротивление эмиттерного повторителя достаточно велико (единицы-десятки килоом)

Выходное сопротивление эмиттерного повторителя согласно (21)

Здесь ,

Поэтому

, т.к. (26)

Выходное сопротивление мало (порядка десятков Ом)

Можно найти также коэффициент усиления по току.

Из общей формулы (….)

;

Подставляя сюда из (24) и из (25) получаем

(27)

имеет в этой схеме такую же величину, что и в схеме с общим эмиттером.

2. Усилитель с последовательной ООС по току.

рис.13

Здесь ( )

( )

Коэффициенты обратной связи

Коэффицинты усиления схемы (если ):

(27)

при

Входное сопротивление

(28)

Коэффициент усиления по току (29)

Выходное сопротивление:

, т.к.

3. Усилитель с параллельной ООС по напряжению.

Рис.14

Найдем коэффициенты и .

По определению

При этом цепь соединяющая должна быть разомкнутой цепи,

входное сопротивление усилителя перенесено в сумматор.

При этом для определения получаем следующую эквивалентную схему

( не учитываем). Из рис.15 находим:

рис.15

, где

Коэффициенты при разомкнутой цепи .

И, может быть, найдем из следующей эквивалентной схемы

(рис.16)

Отсюда , где

при =0 .Окончательное выражение для

получится после подстановки и в

общую формулу (8).

Если выполняется неравенство , и , получится следующий результат:

4.Усилитель с общей базой (рис.17)

рис.17

Преобразуем схему рис.17 к иному виду (рис.18)

Из рис.18 видно, что схему с общей базой можно рассматривать как усилитель

с параллельной ООС по току.

Критерий Найквиста

, если на некоторой частоте вещественен и положителен ( и при этом , то схема неустойчива. Для устойчивости, нужно, чтобы на было

Критерий Найквиста.

Проще всего провести аналитический анализ.

В самых сложных случаях строят годограф-след конца вектора при изменении частоты от 0 до

для Н.Ч. ОС усилителей при связь отрицательна

при схема неустойчива.

УПТ

( рис. годограф)

Если годограф охватывает точку (+1, 0)справа - неустойчивое состояние.

----------||----------- нет - устойчивая схема.

Однокаскадный усилитель с ООС на СЧ.

Re < 0 средн частота О.О.С

устойчиво всегда если же м.б.неустойчиво

для двух каскадного усилителя с общей ОС, охватывающей оба каскада.

м.б.неустойчивость

для обеспечения ООС требуются разные в зависимости от K

3-x каскадный усилитель СЧ

проблемы возникают или могут

возникнуть

3-х каскадный УПТ

1 каскад

3 каскад

вычтем 2

Усилители постоянного тока.

Рассмотрим схему

Есть ООС

Рассмотрим численный пример:

Пусть

тогда

Пусть тогда

будет < 1 и ставить третий каскад бессмыслено-это 1-ая неприятность

2-ая -дрейф нуля. При надо сделать . Это можно сделать делителем на резисторах. C течением времени напряжение на выходе будет не 0 из-за изменений , старения и тп.

Способы борьбы с первой неприятностью: гасящее сопротивление

теряется и полезный сигнал

лучше вместо стабилитрон

мало

Дифференциальный усилитель

Вспомним предыдущую схему

Неприятности:

Как во входном, так и в выходном сигнале присутствуют постоянные составляющие напряжения, что осложняет работу схем связанных с усилителем во входной и выходной цепях.Они зависят от питания.Возможность устранить постоянную составляющую и зависимость от напряжения питания заложена в мостовой схеме.

Если и , то

при E питания и практически при Т

Возникла идея построения усилителя на 2-х транзисторах:

для работы этой схемы как дифференциального усилителя надо подавать напряжение на такие, что

Если , то и не зависит от напряжения питания и температуры. Для этого требуется полная симметрия схемы, только тогда и . Если симметрия полная . Для его уменьшения желательно увеличить , тогда за счет ООС . (одновременно увеличивается каждого транзистора).

Но при для рабочей точки надо . Можно обойти эту трудность поставив вместо генератор стабильного тока или заменяющий его транзистор

- простейший генератор стабильного тока (о других чуть позже )

Режимов работы диф.усилителя несколько:

1)противофазный

2)синфазный 3)однофазный (или наоборот)

Для каждого режима рассмотрим два варианта расположения выхода

а) симметричный

б)несимметричный

1)режим противофазный

без ОС (токи через не текут)

аналогично

симметричный выход

Коэффициент усиления разностного сигнала обозначим .

2)Синфазный режим

(в идеале)

; ;

при

Вводят такое понятие коэффициент ослабления синфазного сигнала

(синфазный сигнал – помеха)

Типовые значения

3)Однофазный режим

- рассмотрим этот режим (как и произвольный режим)

как суперпозицию первого и второго

а)синфазного

б)противофазного

итого =0

Соответственно получим напряжение на выходе (самостоятельно)

и коэффициент усиления(аналогично)

Источники стабильного тока

Токовое зеркало

мало

поэтому

меняем - меняется

задают другим каскадом

Операционный усилитель

ОУ – усилитель постоянного тока с дифференциальным входом, несимметричным выходом (отдельная МС).

Первоначально изготавливался для аналоговых вычислительных машин для выполнения арифметических и интегродифферециальных операций.

Успехи интегральной техники сделали их дешевыми и широко распространенными во многих других приборах.

В современных ОУ

Для увеличения , используют составные транзисторы (супер-бета) транзисторы и полевые транзисторы во входных каскадах.

Чаще всего встречается трёхкаскадная схема (пример ОУ в микросхеме К140УД1)

токовое зеркало. Стабилизирует параметры, позволяет управлять током , увеличивает - есть ООС.

схема сдвига уровня

Потери сигнала малы если

эмиттерный повторитель

Устройства на базе ОУ.

(К153УД2)

Без ОС ОУ используется редко: нестабилен, склонен к самовозбуждению, разброс характеристик,

Реально более на ПТ

Применение обратной связи улучшает параметры и дает возможность создать различные устройства с требуемыми характеристиками.

Анализ упрощается при идеализации

следствия (т.к ),

(К не зависит от )

Отсюда следует принцип виртуального замыкания: , но одновременно ток не течет

для , для

1) Инвертирующий усилитель на ОУ.

, ,

Другой вариант расчета это ОС по И параллельная частично без идеализации

при

(по виртуальному замыканию) из обратной связи т.к. уменьшилось (не )

уменьшается при инвертор

2) Преобразователь источника тока в источник напряжения

Рассматривается аналогично поскольку

если не зависит от

3) Неинвертирующий усилитель

, , ,

, ( % ОС повторитель не требуется )

По ОС – последовательная ОС по напряжению

4) Усилитель тока параллельная ООС по току

не зависит от

5) Интегратор

6) Дифференциальная схема

7) Логарифмирующая схема

Находим элемент с логарифмической зависимостью от или от

Можно диод, но лучше транзистор

;

8) Потенцирующая схема (схема осуществляющая функцию exp(x))

;

9) Сумматор напряжений

12 3 4 Следующая ⇒