Лекции по "Схемотехнике аналоговых устройств"
Автор: Пользователь скрыл имя, 18 Февраля 2013 в 00:47, курс лекций
Описание работы
1. Принцип электронного усиления и классификация усилителей
2. Основные показатели качества усилительных устройств
3. Анализ работы УК с помощью ВАХ
4. Критерии выбора положения ИРТ
5 Принципы обеспечения заданного положения ИРТ
Работа содержит 45 файлов
1
Дифференциальный усилительный каскад
Дифференциальный усилитель – это усилитель с двумя входами и одним
выходом, выходное напряжение которого при отсутствии нагрузки при рабо-
те
от
входных
источников
ЭДС
определяется
формулой
âû õ
âõ+ +
âõ- -
u
u
K
u K
=
+
(рис. 1).
Рис. 1
В идеальном случае коэффициенты передачи по отношению к обоим
входам вещественны, равны по модулю и противоположны по знаку
-
Ä
K
K
K
+
= − =
, где
Ä
K
называется дифференциальным коэффициентом
усиления. В этом случае
(
)
âû õ
Ä âõ+
âõ-
u
K u
u
=
−
, т. е. усиливается разность
входных сигналов. Сигнал с одного из входов сохраняет знак. Этот вход на-
зывается неинвертирующим. Сигнал с другого входа изменяет знак на проти-
воположный. Этот вход называется инвертирующим.
K
+
– коэффициент передачи по отношению к неинвертирующему вхо-
ду.
-
K – коэффициент передачи по отношению к инвертирующему входу.
Входной сигнал на двух входах можно считать состоящим из дифферен-
циальной
âõÄ
âõ+
âõ-
u
u
u
=
−
и синфазной
âõ+
âõ-
âõC
2
u
u
u
+
=
составляющих.
Идеальный дифференциальный усилитель реагирует только на дифференци-
альную составляющую сигнала. Отличие дифференциального усилителя от
идеального обусловлено тем, что
-
K
K
+
≠ − . В этом случае дифференциаль-
ный коэффициент усиления равен
-
Ä
2
K
K
K
+
+
=
, а коэффициент усиления
синфазного сигнала равен
Ñ
-
K
K
K
+
=
−
, выходной сигнал определяется
соотношением
âû õ
Ä Ä
Ñ Ñ
u
K u
K u
=
+
, а отличие дифференциального усилите-
ля от идеального характеризуется коэффициентом ослабления синфазного
2
сигнала
Ä
Ñ
ÊÎ ÑÑ
K
K
=
,
часто
выражаемым
в
децибелах
(
)
ÊÎ ÑÑ,äÁ 20lg ÊÎ ÑÑ
=
.
Эквивалентная схема реального дифференциального усилителя приве-
дена на рис. 2.
Рис. 2
Здесь
âõ-
âõÑ
âõÄ
i
i
i
=
−
,
âõ+
âõÑ
âõÄ
i
i
i
=
+
,
âõÄ
âõÄ
âõÄ
u
i
R
=
,
âõC
âõC
âõC
u
i
R
=
.
В
последнем
соотношении
учтено,
что
при
âõÄ
0
u
=
âõC
âõC
âõC
2
||2
R
R
R
=
.
На биполярных транзисторах дифференциальный усилительный каскад
строится по схеме с эмиттерно-связанными транзисторами (рис. 3а).
3
Рис. 3
Выходом можно считать коллектор любого транзистора. Передаточная
характеристика по отношению к обоим входам данной схемы приведена на
рис. 3б и выражается соотношениями
âû õ
ê ê
u
i R
=
и
âõÄ
ê
0
1
e
1
T
u
mU
i
I
±
=
+
.
При подаче синфазных напряжений на оба входа коллекторные напря-
жения остаются неизменными
0
ê1
ê2
ï
ê
2
I
U
U
E
R
=
=
−
до тех пор, пока тран-
зисторы находятся в активном режиме работы.
Для линеаризации передаточных характеристик используются варианты
внутрикаскадной обратной связи (рис. 4).
Рис. 4
Рассмотрим работу этой схемы в малосигнальном приближении.
4
âûõ1
21 ê
1
î ý
âõ1
21 1
1
F
F
U
g R
K
K
U
g R
−
=
=
=
+
.
В качестве 2-полюсника в цепи общего электрода выступает
21
1
âõî á
21
21
1
1 2
2
2
F
F
F
F
R g
R
R
R
R
g
g
+
=
+
=
+
=
.
С учетом этого
(
)
21 ê
21 ê
1
21
21
21
21
1 2
2 1
1
F
F
g R
g R
K
R g
R g
g
g
−
−
=
=
+
+
+
.
21 í î ê
âõî á
âûõ1
2
î ê âõî á î á
21 ê
âõ2
21 í î ê âõî á
1
2
F
g R
R
U
K
K K
K
g R
U
g R
R
R
=
=
=
+
+
,
где
í î ê
R
– нагрузочное сопротивления каскада ОК, которое представляет со-
бой
í î ê
21
1
2
F
R
R
g
=
+
. Тогда коэффициент передачи по отношению ко вто-
рому входу
(
)
21
21
21 ê
21
2
21 ê
21
21
21
21
21
1
1
2
1 2
2 1
1
1
2
F
F
F
F
g
R
g
g R
g
K
g R
R g
R g
g
R
g
g
+
=
=
+
+
+
+
.
Как видно
(
)
21 ê
1
2
21
2 1
F
g R
K
K
R g
=
=
+
, т. е. коэффициенты передачи по от-
ношению ко входу 1 и входу 2 равны по модулю и противоположны по зна-
ку.
Несколько иная ситуация складывается, если в качестве генератора тока
в цепи эмиттеров используется резистор (рис. 5а).
5
Рис. 5
Для простоты анализа линеаризующие резисторы из схемы исключим.
В этом случае
âûõ1
21 ê
1
î ý
âõ1
21
1
F
F
U
g R
K
K
U
g R
−
=
=
=
+
, где
0
0 âõî á
0
21
0
âõî á
0 21
0
21
1
1
1
F
R
R R
R
g
R
R
R
R g
R
g
=
=
=
+
+
+
.
В результате
(
)
21 ê
21 0
21 ê
1
0
21 0
21
21 0
1
1 2
1
1
g R
g R
g R
K
R
g R
g
g R
+
−
=
= −
+
+
+
.
По отношению к другому входу
21 í î ê
âûõ1
2
î ý
î á
21 ê
âõ2
21 í î ê
1
F
g R
U
K
K
K
g R
U
g R
=
=
=
+
, где
0
í î ê
0
âõî á
0 21
||
1
R
R
R R
R g
=
=
+
.
В результате
2
21 0
21 0 ê
2
21 ê
21 0
21 0
21 0
1
1 2
g R
g R R
K
g R
g R
g R
g R
=
=
+
+
+
.
Дифференциальный коэффициент усиления равен
(
)
(
)
2
21 0 ê
21 ê
21 0
-
21 ê
Ä
21 0
1
2
2 1 2
2
g R R
g R
g R
K
K
g R
K
g R
+
+
+
+
=
=
=
+
.
6
Кроме того, если
21 0
2
1
g R ≫ , то
21 ê
-
2
g R
K
K
+
=
=
.
Коэффициент усиления синфазного сигнала
(
)
2
21 0 ê
21 ê
21 0
21 ê
Ñ
-
21 0
21 0
1
1 2
1 2
g R R
g R
g R
g R
K
K
K
g R
g R
+
−
+
−
=
−
=
=
+
+
и при условии
21 0
2
1
g R ≫ получаем
ê
Ñ
0
2
R
K
R
−
≈
, а коэффициент ослабления
синфазного сигнала
Ä
21 0
Ñ
ÊÎ ÑÑ
K
g R
K
=
=
.
Из приведенных соотношений следует, что в схеме рис. 5 следует уве-
личивать сопротивление
0
R в пределе используя генератор стабильного тока.
Входное сопротивление схемы для дифференциального сигнала
21
âõÄ
âõ1
âõ2
âõî ý
11
1
F
F
g R
R
R
R
R
g
+
=
=
=
=
.
Поскольку для данной схемы
0
0 21
1
F
R
R
R g
=
+
, получаем
21 0
âõÄ
11
21 0
1 2
1
1
g R
R
g
g R
+
=
+
, что при
21 0
2
1
g R ≫ дает
âõÄ
âõî ý
11
2
2
R
R
g
=
=
.
Для синфазного сигнала транзисторы оказываются включенными парал-
лельно друг другу (соединены одноименные электроды) (рис. 6а).
Рис. 6
Это эквивалентно включению одного транзистора (рис. 6б), все мало-
сигнальные проводимости которого удвоены
ýêâ
2
ij
ij
g
g
=
. Тогда входное со-
противление для синфазного сигнала равно
7
11 0
21
âõÑ
âõî ý
0
11
11
1 2β
1 2
β
2
2
F
F
g R
g R
R
R
R
g
g
+
+
=
=
=
≈
.
По аналогичной методике оцениваются параметры различных модифи-
каций схемы дифференциального усилителя.
Информация о работе Лекции по "Схемотехнике аналоговых устройств"