16209

Ответы по Усилителям постоянного тока

Шпаргалка

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Вопросы по Усилителям постоянного тока 1.Какова максимально достижимая величина коэффициента усиления по напряжению у дифференциального усилителя Если дифференциальный усилитель рассматривается как два каскада выполненных по схеме с общим эмиттером то для каждог...

Русский

2013-06-20

54.5 KB

22 чел.

Вопросы по Усилителям постоянного тока

1.Какова максимально достижимая величина коэффициента усиления по напряжению у дифференциального усилителя?

Если дифференциальный усилитель рассматривается как два каскада, выполненных по схеме с общим эмиттером, то для каждого из них можно записать: Ku = (Uвых/2)/(Uвы/2) = Rk h21Э / (h11Э + h21Э RЭ). Для современных дифференциальных усилителей это значение может достигать порядка нескольких миллионов.

2.Есть ли ОС в дифференциальном усилителе, и, если да, то какие и чем они определяются?

У дифференциального усилителя Ku = (Uвых/2)/(Uвы/2) = Rk h21Э / (h11Э + h21Э RЭ). Здесь h21Э RЭ отражает влияние отрицательной обратной связи (ООС) по току на коэффициент усиления. Для дифференциального усилителя приращение напряжения на его входах имеют противоположные знаки. Поэтому приращение как коллекторного, так и эмиттерного токов имеют противоположные знаки. Изменение коллекторных потенциалов обоих транзисторов, вызванных противоположными по знаку приращениями коллекторных токов, протекающих через различные резисторы, приводит к появлению выходного напряжения. ?Uвых = ?Ik1 - (- ?Ik2 • Rk2) На общем эмиттерном резисторе изменение эмиттерных токов дает соответственно приращение: ?UЭ = RЭ (?IЭ1- ?IЭ2). Если параметры обеих половин дифференциального усилителя одинаковы, то | ?IЭ1| = | ?IЭ2| и ?UЭ . Напряжение ?UЭ отражает действие в каскаде, выполненном по схеме с общим эмиттером, последовательной ООС по току нагрузки. Отсутствие этого напряжения говорит о том, что в полностью симметричном дифференциальном каскаде как по постоянному, так и по переменному токам действие ООС отсутствует.

3.Почему входное сопротивление и коэффициент усиления по напряжению у дифференциальных усилителей с симметричным и асимметричным входом различаются?

На практике можно использовать четыре схемы включения ДУ: симметричный вход и выход, симметричный вход и несимметричный выход, несимметричный вход и симметричный выход, несимметричный вход и выход. При симметричном входе источник входного сигнала подключается между входами ДУ (между базами транзисторов). При несимметричном входе источник входного сигнала подключается между одним входом ДУ и общей шиной. Коэффициент усиления ДУ не зависит от способа подачи входного сигнала, т.е. не зависит от того, симметричный и несимметричный вход. Для симметричного входа входное напряжение каскада определяется уравнением: Uвх = Iб•r'б + 2Iб [Rэ || (rк.диф /2)] (1+h21э) и входное сопротивление каждого входа: Rвх = 2(1+h21э)[] [Rэ || (rк.диф /2)] ? 2/3 r*к.диф Для несимметричного входа входное сопротивление каскада приблизительно равно удвоенному сопротивлению одиночного каскада с ОЭ (без сопротивления в эмиттерной цепи). Rвх ? 2[r'б + (1 + h*21э)rэ.диф.]

4. С какой целью в УПТ используют цепь сдвига уровня напряжения?

При построении многокаскадных УПТ емкостная или трансформаторная связь не может быть использована, так как ни конденсаторы, ни трансформаторы не пропускают постоянный ток. Поэтому для соединения отдельных каскадов используют гальваническую (непосредственную) связь. При этом базу транзистора каждого последующего каскада непосредственно соединяют с коллектором предыдущего. Это требования приводит к возникновению определенных трудностей, связанных с необходимостью согласования режимов соседних каскадов по постоянному току. Согласование режимов соседних каскадов может быть выполнено с использованием цепи сдвига уровня напряжения. Простейшей схемой сдвига уровня является эмиттерный повторитель. Действительно, у него уровень выходного (эмиттерного) потенциала ниже уровня базового потенциала на величину U*, а сигнал передается с коэффициентом К ?1.

5. Для чего в УПТ применяются эмиттерные повторители и в каком режиме работают их транзисторы? Как задается РТ этих транзисторов?

Эмиттерным повторителем называется усилитель с коэффициент усиления, близким к единице, не меняющим полярности входного сигнала и имеющим повышенное входное и пониженное выходное сопротивление. У эмиттерного повторителя выходное напряжение снимается не с коллектора, а с эмиттера. Отношение входного и выходного сопротивления у повторителя несравненно больше, чем у простейшего усилительного каскада и у ДУ, у которых это отношение не превышает величины ?+1. Отношение максимального входного сопротивления и минимальному выходному обычно составляет больше 50000. Это соотношение не зависит от рабочего тока. В связи с большим различием входного и выходного сопротивлений эмиттерный широко используют в УПТ в качестве буферного каскада - так называемого трансформатора сопротивлений. Также эмиттерный повторитель используется в УПТ в качестве схемы сдвига уровня.

6. Почему в дифференциальном усилителе Rэ не влияет на Кuo ?

У дифференциального усилителя Ku = (Uвых/2)/(Uвы/2) = Rk h21Э / (h11Э + h21Э RЭ). Здесь h21Э RЭ отражает влияние отрицательной обратной связи (ООС) по току на коэффициент усиления. Для дифференциального усилителя приращение напряжения на его входах имеют противоположные знаки. Поэтому приращение как коллекторного, так и эмиттерного токов имеют противоположные знаки. Изменение коллекторных потенциалов обоих транзисторов, вызванных противоположными по знаку приращениями коллекторных токов, протекающих через различные резисторы, приводит к появлению выходного напряжения. ?Uвых = ?Ik1 - (- ?Ik2 • Rk2) На общем эмиттерном резисторе изменение эмиттерных токов дает соответственно приращение: ?UЭ = RЭ (?IЭ1- ?IЭ2). Если параметры обеих половин дифференциального усилителя одинаковы, то | ?IЭ1| = | ?IЭ2| и ?UЭ . Напряжение ?UЭ отражает действие в каскаде, выполненном по схеме с общим эмиттером, последовательной ООС по току нагрузки. Отсутствие этого напряжения говорит о том, что в полностью симметричном дифференциальном каскаде как по постоянному, так и по переменному токам действие ООС отсутствует. Следовательно в полностью симметричном ДУ RЭ не влияет на Кuo.

7. Как Вы себе представляете дифференциальный усилитель с минимальным дрейфом нуля?

Для уменьшения приведенного дрейфа, а, следовательно, и влияния синфазной составляющей входного напряжения необходимо стремиться к выполнению условия: RЭ >> Rвх.об. при постоянном значении Rвх.об , выполнение этого неравенства может быть достигнуто только за счет увеличения Rэ. Таким образом из этого условия вытекают два направления снижения дрейфа нуля ДУ: подбор пар транзисторов с одинаковыми параметрами и увеличение Rэ. Первое условие может быть выполнено чисто технологически. Увеличение Rэ наталкивается на ограничения, связанные с максимально допустимым напряжения питания усилителя. Решить эти противоречия можно при использовании в эмиттерной цепи ДУ не пассивного резистора Rэ, а нелинейного двухполюсника (например транзисторного источника тока).

8. Что такое ГСТ? Для чего это устройство применяют в УПТ?

ГСТ - генератор стабильного тока. В УПТ генератор стабильного тока вставляют вместо резистора Rэ, так как чем больше сопротивление Rэ, тем более стабильно работает усилитель. ГСТ имеет сопротивление стремиться к бесконечности. Кроме того чем больше Rэ, тем меньше значение приведенного дрейфа, а следовательно и влияния синфазной составляющей.

9. Что такое "токовое зеркало"? Где оно находит применение?

Для увеличения коэффициента усиления в ДУ часто вместо резистора Rк используют активную нагрузку, выполненную на биполярных или полевых транзисторах. На рисунке приведена схема дифференциального каскада, у которого в качестве нагрузки использована система "токовое зеркало". Нагрузочное "токовое зеркало" образовано р- п-р транзисторами VT3 и VT4. Если i1= i2= i3= i4= iКП , то выходной ток каскада, равны разности токов транзисторов VT3 и VT4, равен нулю: iвых= i3 - i4. Если на ДУ поданы напряжения, вызывающие изменения коллекторных токов транзисторов VT1 и VT2 на ?iк. Тогда iвых= 2?iк. Таким образом, все изменения токов коллекторов транзисторов VT1 и VT2 будут протекать через внешнюю нагрузку ДУ, что предполагает получение максимально достижимого в каскаде коэффициента усиления. Его абсолютное значение определяется только сопротивлением внешней нагрузки.

10. Каким образом у УПТ можно обеспечить высокое входное сопротивление?

Входное сопротивление УТП может быть существенно увеличено при использовании в каскаде полевых транзисторов. При построении таких схем предпочтение отдается полевым транзисторам с управляющим р-п переходом. Это обусловлено следующими причинами: более высокой стабильностью их характеристик большой электрической прочностью заряда (меньше боится пробоя статическим электричеством) большей допустимой разностью входных напряжений. Входное сопротивление ДУ, выполненного на биполярных транзисторах, также может быть значительно увеличено при использовании в каскаде составных транзисторов. Следствием этого является уменьшение входного тока усилителя, что крайне важно при его использовании в виде интегральной схемы.

11. Чем определяется быстродействие УПТ?

Характер переходных процессов В УПТ такой же, как и в простейшем каскаде. Однако количественные параметры - постоянная времени и длительность фронта хуже, чем у простейшего каскада. Постоянная времени ?В рассчитывается по формуле: ?В = ?ое / (1 + ? ?б) , где ?б - коэффициент токораспределения. ?б = rэ / (rэ + Rг + rб). Как видно из формул, при прочих равных условиях коэффициент ?б в ДУ меньше, чем в простейшем усилителе, а следовательно и постоянная времени ?В больше и следовательно быстродействие ДУ низкое. Для его увеличения необходимо уменьшать сопротивление источника сигнала и улучшать высокочастотные параметры транзисторов.

12. Какова максимально возможная амплитуда выходного сигнала в УПТ с дифференциальным входным каскадом?

Пусть в режиме покоя Uoк = 1/2 Eк. При положительной полярности входного сигнала потенциал Uк уменьшается вплоть до нуля, а при отрицательной полярности - увеличивается вплоть до Ек. Таким образом максимальное приращение ?uк составляет 1/2Ек. Исходя из того, что К = -(Ек - Uoк)/?т получим максимально допустимый входной сигнал: Uвх = ?т.

13. Почему в ДУ изменение напряжения источников (в определенных пределах) не влияет на уровень выходного сигнала? А в каких пределах можно изменять Еп?

При изменении ЭДС источника коллекторного питания +Еп1 или смещения -Еп2 изменяются токи обоих транзисторов и потенциалы их коллекторов. Если транзисторы идентичны и сопротивления резисторов R2 и R3 в точности равны, то тока в резисторе Rн за счет изменения ЭДС Еп не будет. Если транзисторы не совсем идентичны, то появится ток в нагрузочном резисторе, однако он будет значительно меньше, чем в обычном, небалластном УПТ.

14. Почему в УПТ получили широкое распространение дифференциальные каскады?

В настоящее время наибольшее распространение в микроэлектронике получили дифференциальные (параллельно-балластные или разностные) усилители. Такие усилители просто реализуются в виде монолитных ИМС. Их отличает: - высокая стабильность работы - малый дрейф нуля - большой коэффициент усиления дифференциального сигнала - большой коэффициент подавления синфазных помех.

15. Как обеспечивается нулевой уровень выходного сигнала на выходе УПТ при нулевом уровне входного сигнала?

В многокаскадном УПТ наблюдается последовательное повышение потенциала на эмиттере транзистора каждого последующего каскада. Необходимость повышения потенциала эмиттера от каскада к каскаду связана с тем, что за счет непосредственной связи потенциал коллектора у каждого последующего транзистора оказывается выше, чем у предыдущего. Обеспечить минимальный дрейф нуля в каскадах такого УПТ можно за счет последовательного уменьшения номиналов коллекторных резисторов от каскада к каскаду. Однако в этом случае будет падать усиление УПТ. При усилении малых сигналов постоянного тока иногда применяют усилители с преобразованием постоянного тока в переменный. Такие УПТ имеют малый дрейф нуля, большой коэффициент усиления и не нуждается в подстройке нулевого уровня.

16. Что такое коэффициент усиления синфазной составляющей сигнала? Чем он определяется и каким должен быть?

В отличие от полезного сигнала, напряжения, вызванные действиями различных возмущающих факторов, таких, как изменение температуры, напряжение питания и т.п., действуют на оба входа ДУ в фазе. Такие напряжения принято называть синфазными. U1 вх сф = U1 вх сф = Uвх сф  Ксф = Uвых сф/ -Uвх сф Ксф - коэффициент усиления синфазных входных воздействий. При одинаковых параметрах обеих половин схемы выходное напряжение ДУ не зависит от действия внешних дестабилизирующих факторов. Коэффициент усиления синфазных входных воздействий должен быть как можно меньше.

17. Что предусмотрено в ДУ для снижения дрейфа нуля? Влияет ли это на коэффициент усиления по напряжению?

Для уменьшения дрейфа нуля, а, следовательно, и влияния синфазной составляющей входного напряжения необходимо стремиться к выполнению условия: RЭ >> Rвх.об. при постоянном значении Rвх.об , выполнение этого неравенства может быть достигнуто только за счет увеличения Rэ. Таким образом из этого условия вытекают два направления снижения дрейфа нуля ДУ: подбор пар транзисторов с одинаковыми параметрами и увеличение Rэ. Первое условие может быть выполнено чисто технологически. Увеличение Rэ наталкивается на ограничения, связанные с максимально допустимым напряжения питания усилителя. Решить эти противоречия можно при использовании в эмиттерной цепи ДУ не пассивного резистора Rэ, а нелинейного двухполюсника. Вместо Rэ часто используют ГСТ, так как его сопротивление стремится к бесконечности. Изменение Rэ не на коэффициент усиления по напряжению.

18. Назовите источники погрешности работы дифференциального усилителя и пути их уменьшения.

К основным источникам погрешностям дифференциального усилителя относятся: Дрейф нуля. Для уменьшения дрейфа нуля резистор Rэ заменяют на ГСТ. Согласование потенциальных уровней в соседних каскадах. Для этого используют усилители с преобразованием постоянного тока в переменный. Также для улучшения свойств ДУ необходимо, чтобы его плечи были максимально симметричны. Вторым основным требованием к ДУ является обеспечение глубокой ООС для синфазного сигнала. Для этого надо увеличивать Rэ.

19. Можно ли использовать ДУ в качестве фазоинвертора? Если да, то как и какова его усилительная способность (Кuo) по каждому каналу?

20. Почему в УПТ стремятся предельно сократить количество усилительных каскадов? Каким образом обеспечивают при этом необходимое усиление?

В многокаскадном УПТ наблюдается последовательное повышение потенциала на эмиттере транзистора каждого последующего каскада. Необходимость повышения потенциала эмиттера от каскада к каскаду связана с тем, что за счет непосредственной связи потенциал коллектора у каждого последующего транзистора оказывается выше, чем у предыдущего. Обеспечить минимальный дрейф нуля в каскадах такого УПТ можно за счет последовательного уменьшения номиналов коллекторных резисторов от каскада к каскаду. Однако в этом случае будет падать усиление УПТ. Для обеспечения необходимого усиления применяют усилители с преобразованием постоянного тока в переменный. Такие УПТ имеют малый дрейф нуля, большой коэффициент усиления и не нуждается в подстройке нулевого уровня.

21. Какой величины должно быть сопротивление резистора в эмиттерной цепи ДУ? Чем обусловлены требования к нему?

Для уменьшения дрейфа нуля, а, следовательно, и влияния синфазной составляющей входного напряжения необходимо стремиться к выполнению условия: RЭ >> Rвх.об. при постоянном значении Rвх.об , выполнение этого неравенства может быть достигнуто только за счет увеличения Rэ. Таким образом из этого условия вытекают два направления снижения дрейфа нуля ДУ: подбор пар транзисторов с одинаковыми параметрами и увеличение Rэ. Первое условие может быть выполнено чисто технологически. Увеличение Rэ наталкивается на ограничения, связанные с максимально допустимым напряжения питания усилителя. Решить эти противоречия можно при использовании в эмиттерной цепи ДУ не пассивного резистора Rэ, а нелинейного двухполюсника. Вместо Rэ часто используют ГСТ, так как его сопротивление стремится к бесконечности.

22. Что из себя представляет УПТ, выполненный по схеме М-У-DМ? Для чего его применяют и есть ли у него недостатки?

При усилении малых сигналов постоянного тока или напряжения иногда применяют усилители с преобразованием постоянного тока в переменный. Такие УПТ имеют малый дрейф нуля, большой коэффициент усиления на низких частотах и не нуждаются в подстройке нулевого уровня. На рисунке приведена схема усилителя с преобразованием постоянного тока в переменный, где М - модулятор, У - усилитель переменного тока, ДМ - демодулятор. Такой УПТ часто называют усилителем с модуляцией и демодуляцией (МДМ). В УТП МДМ сигнал постоянного напряжения или тока сначала преобразуется в пропорциональный ему сигнал переменного напряжения с помощью модулятора М, потом усиливается обычным усилителем У, а затем с помощью демодулятора ДМ преобразуется постоянного напряжения. Преобразование постоянного сигнала в переменный осуществляется с частотой сигнала управления. Для успешной работы УПТ МДМ необходимо, чтобы частота сигнала управления была как минимум на порядок выше максимальной частоты входного сигнала.

75. Каким образом строятся коммутаторы в УПТ с модуляцией и демодуляцией сигнала?

При усилении малых сигналов постоянного тока или напряжения иногда применяют усилители с преобразованием постоянного тока в переменный. Такие УПТ имеют малый дрейф нуля, большой коэффициент усиления на низких частотах и не нуждаются в подстройке нулевого уровня. На рисунке приведена схема усилителя с преобразованием постоянного тока в переменный, где М - модулятор, У - усилитель переменного тока, ДМ - демодулятор. Такой УПТ часто называют усилителем с модуляцией и демодуляцией (МДМ). В УТП МДМ сигнал постоянного напряжения или тока сначала преобразуется в пропорциональный ему сигнал переменного напряжения с помощью модулятора М, потом усиливается обычным усилителем У, а затем с помощью демодулятора ДМ преобразуется постоянного напряжения. Преобразование постоянного сигнала в переменный осуществляется с частотой сигнала управления. Для успешной работы УПТ МДМ необходимо, чтобы частота сигнала управления была как минимум на порядок выше максимальной частоты входного сигнала.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

62898. Внеклассное мероприятие, посвященное 8 марта «А ну-ка девочки!» 27.72 KB
  Какой конкурс вам понравился больше всего Умницы Спасибо за активное участие Жюри подводят итоги и каждой девочке присваивают номинацию: Мисс Восхитительная; Мисс Привлекательная; Мисс Чарующая...
62899. Внеклассное мероприятие, посвященное дню 8 марта: «Вечернее ТВ» 24 KB
  Цели: Развитие творческой инициативы, активности и самостоятельности учащихся; Формирование чувства ответственности за порученное дело, умения доводить его до конца; Воспитание уважительного отношения к девочкам, развития чувства доброты, желания дарить людям радость.
62900. Внеклассное мероприятие для учащихся 9–11-х классов, посвященное 8 Марта "Все для милой…" 20.44 KB
  Цель: развивать чувство уважения друг к другу, творческие способности учащихся, их индивидуальность, фантазию и изобретательность. Оформление, оборудование, инвентарь: бумага, фломастеры, канцелярские скрепки; предметы для проведения конкурсов...
62902. Внеклассное мероприятие, посвященное 23 февраля: А ну-ка, мальчики! 19.22 KB
  Ребята а вы знаете как делали книги раньше Сначала их писали на глине на коре деревьев на шкурах животных. Писали на бумаге вручную поэтому переписывание одной книги занимало не один год. Книги в то время считались роскошью.
62904. Игра «Поле чудес»: «Лекарственные растения» 23.11 KB
  Цели занятия: расширить знания учащихся о лекарственных растениях; развивать внимание память любознательность самостоятельность суждений; воспитывать бережное отношение к своему здоровью любовь к природе животному и растительному миру планеты.
62905. Косметика и мы 332.29 KB
  Правила нанесения: 1 нанести на лицо и шею увлажняющий крем; 2 увлажнить губку и нанести на нее тональный крем подходящий по цвету вашей коже; 3 немного румян нанести на скулы и растереть в направлении к ушам...