22372
Усилители постоянного тока (УПТ)
Лекция
Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы
Благодаря этому при входных сигналах равных нулю достигается баланс моста напряжения на коллекторах обоих транзисторов равны и выходное напряжение снимаемое с диагонали Uвых = Uвых 1 Uвых 2 = 0. Uвх1 = Uвх2 = 0 Uвых = Uк1 Uк2 = 0. Ек1 Iк1 Iк2 Rк2 Rк1 Uвых 1 Uвых Uвых 2 ...
Русский
2013-08-04
209.5 KB
27 чел.
Содержание лекции |
Усилители постоянного тока (УПТ). Балансный УПТ. УПТ с М-ДМ. Дифференциальный усилитель. |
У этих УУ fн= 0. Такие УПТ нужны для многих устройств автоматики.
В таких усилителях нужно передавать постоянные уровни, т.е. нельзя применять C и L. Сигнал входной надо подавать прямо на базу и управлять его токами.
Рассмотрим УПТ на БТ (рис.8.1.) и покажем его недостатки.
Рассмотрим основные соотношения на VT1 и VT2:
Откуда
Если токи транзисторов VT1 и VT2 одинаковы, то
Однако, если RK1=RK2 , то KU1>KU2>...>KUn, т.е. коэффициент усиления падает с увеличением числа каскадов, где
Кроме этого в этом УПТ есть дрейф нуля.
Дрейф нуля: наличие напряжения на выходе при его отсутствии на входе.
Любые изменения напряжений источников питания, режимов работы транзисторов, параметров элементов вызывают медленные изменения токов, которые передаются на выход усилителя. Эти изменения напряжений не связаны с входным сигналом.
Различают абсолютный дрейф нуля на выходе усилителя и дрейф, приведенный по входу усилителя.
Абсолютный дрейф - максимальное изменение выходного напряжения при короткозамкнутом входе за определенное t.
Приведенный дрейф - отношение абсолютного дрейфа к коэффициенту усиления усилителя по U: К u.
Величина приведенного дрейфа ограничивает min различимый входной сигнал, т.е. определяет чувствительность усилителя.
Пример. Пусть К u = 1000, U вых = 1 В, тогда U вх= 1 мВ и значит усиливать сигналы менее 1 мВ нет смысла. Это и есть чувствительность усилителя.
Итак, у УПТ на БТ есть 2 недостатка:
- уменьшение коэффициента усиления каждого каскада в многокаскадном усилителе;
- наличие дрейфа нуля.
Указанные недостатки можно здесь устранить. Схема на рис.
Рис. 8.2.УПТ с МДМ
В основе работы БУ заложен принцип четырехплечного моста (рис. 8.3). Если мост сбалансирован (Iн=0), то R1·R4=R2·R3. При этом изменение Е не нарушает баланс моста. Баланс моста не нарушается, если пропорционально изменяются R1, R2 или R3, R4.
Рис. 8.4. Четырехплечный мост
В БУ (рис. 8.5) R1 и R3 соответствуют RК1 и RК2, а R2, R4 - VT1 и VT2. R0 - для балансировки.
Если плечи симметричны и Uвх = 0, то начальные токи покоя транзисторов одинаковы. При этом UК1 = UК2 и на сопротивлении нагрузки Uн = 0.
Изменение напряжения Е и других факторов вызывает одинаковые приращения токов транзисторов ΔUk1 = ΔUk2 и Uн=0 . Баланс сохраняется.
Рис. 8.5.Схема БУ
При подаче Uвх, приращения коллекторных токов равны, но противоположны по знаку, что приводит к разбалансу моста и Uн ≠ 0.
Наиболее распространенной схемой, на базе которой создаются усилители постоянного тока и ОУ, является дифференциальный каскад. ДУ представляет собой БУ с несимметричной нагрузкой и источником тока в цепи эмиттера.
Дифференциальный усилительный каскад (рис.8.6) выполняют по принципу сбалансированного моста, два плеча которого образованы резисторами Rк1 и Rк2, а два других транзисторами VТ1 и VТ2. Выходное напряжение снимается между коллекторами транзисторов (т.е. с диагонали моста).
На транзисторе VТ3 собрана схема источника стабильного тока Iэ, определяющего сумму эмиттерных токов Iэ1 и Iэ2 транзисторов VТ1 и VТ2. Для определения тока Iэ необходимо знание напряжения между точками схемы 1 и 2.
Iэ=(U12 0,6) / R3 = (I1R2 0,6) / R3.
Питание каскада производится от источников +Ек1 и Ек2 с равными напряжениями относительно общей точки (земли).
С помощью напряжения Ек2 снижают потенциал эмиттеров транзисторов VТ1 и VТ2 относительно общей точки схемы. Это позволяет подавать сигналы на входы усилителя без введения дополнительных смещений.
Схема дифференциального каскада требует применения близких по параметрам транзисторов VТ1, VТ2 и равенства сопротивлений Rк1, Rк2.
Благодаря этому, при входных сигналах, равных нулю, достигается баланс моста, напряжения на коллекторах обоих транзисторов равны и выходное напряжение, снимаемое с диагонали, Uвых = Uвых 1 Uвых 2 = 0. Идентичность параметров транзисторов VТ1 и VТ2 легко достигается при интегральном исполнении.
Если Uвх1 и Uвх2 замкнуты на общую точку схемы (землю), то Uвх = 0. Ток Iэ делится поровну между двумя транзисторами Iэ1= Iэ2= Iэ/2. Значение эмиттерных токов определяются входными токами смещения (базовыми токами покоя):
.
Равенству эмиттерных токов транзисторов будет соответствовать равенство их коллекторных токов Iк1 = Iк2 = αIэ / 2 ≈ Iэ / 2 и напряжений на коллекторах: Uк1 = Uк2 = Eк1 IэRк / 2, где Rк= Rк1 = Rк2. Данное состояние схемы характеризует режим баланса каскада или режим покоя.
Uвх1 = Uвх2 = 0, Uвых = Uк1 Uк2 = 0.
Пусть Uвх1 ≠ 0, при Uвх2 = 0. Предположим, что напряжение входного сигнала Uвх1 имеет положительную полярность.
Под воздействием входного сигнала через входные цепи обоих транзисторов будет протекать входной ток Iвх, увеличивающий ток базы транзистора VТ1 и уменьшающий ток базы транзистора VТ2, а значит токи Iэ1 и Iк1 увеличиваются, а токи Iэ2 и Iк2 уменьшаются (изменение токов обоих транзисторов происходит на одну и ту же величину, поскольку сумма токов Iэ1+Iэ2 = Iэ остается неизменной). При этом напряжение Uк1 = Ек1 Iк1Rк1 уменьшается, что вызывает приращение напряжения -∆Uк1, противоположное по знаку напряжению входному Uвх1. Напряжение Uк2 = Ек1 Iк2Rк2 возрастает, что создает соответственно приращение напряжения +∆Uк2 того же знака, что и напряжение входного сигнала.
.
+ Ек1
Iк1 Iк2 Rк2
Rк1
Uвых 1 Uвых Uвых 2
VТ1 VТ2
Uвх 1 Iэ1 Iэ2 Uвх 2
Iэ 1 R1
+
R3 R2
I1
2 - Eк2
Рис.8.6.Схема дифференциального усилителя
Таким образом, для рассматриваемого способа подачи входного сигнала выход каскада со стороны коллектора транзистора VТ1 (Uвых1) является инвертирующим, а со стороны коллектора транзистора VТ2 (Uвых2) неинвертирующим. Сигнал, снимаемый с обоих коллекторов, называется дифференциальным:
.
Изменения выходных напряжений схемы под воздействием сигнала на входе прекращаются, когда под влиянием входного тока ток базы одного из транзисторов становится равным нулю, а ток Iэ протекает только через один из транзисторов (VТ1). Тогда:
Uвых 1 = Ек 1 - Iэ·Rк
Uвых 2 = Ек 1
Uвых = Uвых 2 Uвых 1 ≈ Iэ·Rк
Подобно описанным, но с иными знаками приращений, протекают процессы в схеме при изменении полярности входного сигнала или при подключении его к другому входу.
Итак:
1)Режим покоя. Через Rэ протекает ток Iо. Тогда через Rk1 и Rk2 и будет протекать ток Io/2 и
Uвых1=Uвых2, т.е. ΔUвых=0.
2)Режим синфазного сигнала.
Входные сигналы, одинаковые на входах по фазе и по амплитуде называются синфазными.
Uвх1=Uвх2, ΔUб1= ΔUб2, ΔUk1= ΔUk2, и ΔUвых=0.
Если на входах одинаковые изменения сигнала, то на выходе ΔUвых=0.
3) Режим дифференциального сигнала.
Пусть на первом входе действует сигнал е, а на втором сигнал е.
При этом для первого транзистора
а) ΔUб1>0, ΔIб1>0, ΔIk1>0, ΔIэ1>0,
и тогда ΔUkэ1 = E - ΔIk1Rk1 < 0.
При этом для второго транзистора
б) ΔUб2<0, ΔIб2<0, ΔIk2<0, ΔIэ2<0,
и тогда ΔUkэ2 = E - ΔIk2Rk2 > 0.
Напряжение ΔUвых = ΔUkэ2 - ΔUkэ1 = 2 ΔUkэ > 0.
Т.е. в данном случае ДУ работает в режиме усиления разности входных сигналов.
4) Неинвертирующие и инвертирующие входы в ДУ
а) Пусть на первом входе действует сигнал Uвх1 = е, а на втором сигнал Uвх2 = 0.
Тогда ток Ik1 возрастает (ΔIk1>0), а т.к. сумма коллекторных токов = Io, то ΔIk2<0 и поэтому ΔUкэ1<0, а ΔUкэ2>0 и
ΔUвых = ΔUkэ2 - ΔUkэ1 > 0.
Это неинвертирующий вход - вход 1.
б) Пусть на первом входе действует сигнал Uвх1 = 0, а на втором сигнал Uвх2 = е.
Проведя аналогичные рассуждения, получим
ΔUвых = ΔUkэ2 - ΔUkэ1 > 0,
т.е. вход 2 - инвертирующий (происходит инвертирование входного сигнала).
Стабилизаторы напряжения
Хоровиц, стр. 75,80
В различных схемах используют широко стабилизаторы напряжения и тока. Особенно в ИМС.
В качестве стабилизатора напряжения используют схему с ОК (рис. 8.7).
Пояснения к схеме
Т.к. это эмиттерный повторитель, то
Uст= Uбэ + Uвых, т.е. Uст > Uвых.
Если Uвых возрастает, то при неизменном Uст Uбэ падает и транзистор призакрывается и напряжение на выходе уменьшается.
В ИМС часто применяют диодную стабилизацию (рис.8.8).
Рис.8.7.Схема стабилизатора напряжения (Uст=UБ=UVD)
Можно так (рис. )
Стабилизаторы тока
Создает ток постоянного уровня. Поддерживает уровень (рис. ).
Надо стабилизировать ток I K=I Н . Если и изменяются одинаково, то I K стабилизирован.
Рис.8.8.Схема стабилизатора тока
Пояснения к схеме
Пусть , тогда на и т.к. ,
то и . Но, если , то и
В др.виде
В качестве источника тока в электронике обычно используются токовые зеркала.
Транзисторы должны быть с одинаковыми параметрами.
-
Входные каскады работают в режиме микротоков.
Токовые зеркала используются в ЦАП:
Используются двоично - взвешенные токи, формируемые токовыми зеркалами.
Эта схема имеет симметричный выход. Зеркало с VT5, VT6 включается для увеличения .
Контрольные вопросы и задания
Решить задачи N 212,268,269,271 из Долженко “Сб. задач и упр.”
R2
R1
RК1
UКЭ1
UВЫХ
VT1
RЭ2
RК2
VT2
вх
+UП
RЭ1
UК1
UЭ1
UЭ2
UБЭ2
Рисунок 8.1. Схема усилителя постоянного тока на биполярных транзисторах
Модулятор
Усилитель переменного тока
Генератор
Демодулятор
Вход
Выход
R1
R2
R3
R4
RH
Е
IH
RH
UВХ2
UВХ1
UВЫХ2
UВЫХ1
VT2
VT1
RБ4
RБ3
RБ1
RБ2
R0
RЭ
RК1
RК2
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать | |||
65995. | Эволюция финансовой системы России с царских времен. Проблемы финансовой системы РФ | 52.64 KB | |
В Древнерусском государстве при реализации финансового хозяйства Законодательство устанавливало в качестве органа осуществляющего функции денежного контроля князя. При этом как следует из исторических документов организация самоуправления и система... | |||
65996. | Бюджетный дефицит, его виды | 81.16 KB | |
Бюджетный дефицит это сумма на которую ежегодные расходы бюджета превосходят его доходы. Бюджетный дефицит и государственный долг тесно взаимосвязаны. Ежегодный дефицит может покрываться либо за счет роста государственного долга либо путем эмиссии денег. | |||
65997. | Внешний долг зарубежных стран (Франция, Германия, США, Франция, Япония, Англия) | 199.44 KB | |
По состоянию на 31 декабря 2009 года внешний долг США брутто составлял 13 триллионов долларов. По состоянию на 16 января 2011 года, долг составил 14 триллионов долларов. По состоянию на 30 декабря 2011 года, долг составил 15 триллионов долларов... | |||
65998. | Система инвестиционных рейтингов | 23.12 KB | |
Появление в России вместо одного и единственного инвестора государства множества самостоятельных хозяйствующих субъектов и потенциальных инвесторов а также приход на российский рынок иностранных инвесторов обусловили потребность в оценках инвестиционной привлекательности регионов России. | |||
65999. | Глобализация финансов | 37.71 KB | |
Глобализация - это процесс всевозрастающего воздействия различных факторов международного значения (например, тесных экономических и политических связей, культурного и информационного обмена) на социальную действительность в отдельных странах. | |||
66000. | Региональные финансы омской области | 46.5 KB | |
Одной из важнейших составных частей финансовой системы государства являются региональные финансы которые охватывают региональные бюджеты административно-территориальных единиц и финансы субъектов хозяйствования используемые для удовлетворения потребностей регионов. | |||
66001. | Казначейство: функции, цели и механизм функционирования | 20.59 KB | |
В России переход к казначейскому исполнению бюджета начался в 1992 г. исполнение бюджета в нашей стране было банковским. Чем отличаются эти две формы исполнения бюджета При банковском исполнении бюджета средства... | |||
66002. | Золотовалютный резерв РФ 2009-2011 | 146.67 KB | |
Золотовалютные резервы Российской Федерации представляют собой высоколиквидные финансовые активы находящиеся в распоряжении Банка России и Минфина России. Управление резервами Банк России осуществляет в соответствии с действующим... | |||
66003. | Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) | 24.2 KB | |
ОЭСР была образована в 1961 году по инициативе США на базе Организации европейского экономического сотрудничества которая координировала американскую и канадскую помощь пострадавшим от Второй мировой войны европейским странам в рамках плана Маршалла. | |||