Реферати українською » Радиоэлектроника » Підсилювачі постійного струму


Реферат Підсилювачі постійного струму

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Волзький університет ім. У. М. Татіщева

Кафедра «Інформатика і системи управління»

>Реферат на задану тему: «>УСИЛИТЕЛИПОСТОЯННОГО СТРУМУ»

з дисципліни «Електроніка»

спеціальність 220100

«Обчислювальні машини системи, комплекси і мережі»

Тольятті 2002

Тольятті 2002

 
 


>ОГЛАВЛЕНИЕ

ЗАПРОВАДЖЕННЯ. 3

1. ДРЕЙФНУЛЯУСИЛИТЕЛЯ.. 4

2.ОДНОТАКТНЫЕУСИЛИТЕЛИ ПРЯМОГОУСИЛЕНИЯ.. 5

3.УСИЛИТЕЛИ ЗПРЕОБРАЗОВАНИЕМ.. 8

4.ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕУСИЛИТЕЛИ.. 12

5. СХЕМИВКЛЮЧЕНИЯДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГОУСИЛИТЕЛЯ.. 15

6.КОЭФФИЦИЕНТОСЛАБЛЕНИЯСИНФАЗНОГОСИГНАЛА.. 18

7.РАЗНОВИДНОСТИДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХУСИЛИТЕЛЕЙ.. 20

8.ТОЧНОСТНЫЕПАРАМЕТРЫ.. 23

9. Література.. 26

ЗАПРОВАДЖЕННЯ

>Усилителями постійного струму (>УПТ) називаються устрою, призначені посилення повільно змінюються сигналів до нульової частоти. На рис. 1 приведеноАЧХ для підсилювача постійного струму. Відмінною рисоюУПТ є розділювальних елементів, виділені на відділення підсилюючих каскадів друг від друга, і навіть джерела сигналу і навантаження по постійному току.

Отже, реалізації передачі сигналів частот, близьких нанівець, вУПТ використовується безпосередня (гальваніческая) зв'язок. Безпосередній зв'язок можна використовувати і у звичних підсилювачах змінного струму з метою зменшення числа елементів, простоти реалізації в інтегральномуисполнении, стабільності усунення тощо. буд. Але така зв'язок вносить вусилитель ряд специфічних особливостей, затрудняющих як він виконання, іексплуатацию. Добре передаючи повільні зміни сигналу, безпосередній зв'язок утрудняє установку потрібного режиму спокою кожному за каскаду і обумовлює нестабільність його роботи.

 

Під час розробкиУПТ доводиться вирішувати дві проблеми: узгодження потенційних рівнів у сусідніх каскадах і зменшення дрейфу (нестабільності) вихідного рівня напруги чи струму.

1. ДРЕЙФНУЛЯУСИЛИТЕЛЯ

Застосування підсилюючих каскадів вУПТ обмежуєтьсядрей хом нуля.Дрейфом нуля (нульового рівня) називаєтьсясамопроиз вільне відхилення напруги чи струму не вдома підсилювача від початкового значення. Цей ефект простежується за відсутності сигналу на вході. Оскільки дрейф нуля проявляється в такий спосіб, начебто він викликаний вхідним сигналомУПТ, його неможливо від істинного сигналу. Існує досить багато фізичних причин,обусловливающих наявність дрейфу нуля вУПТ. До них належатьнестабильности джерел харчування, температурна і тимчасованестабильности параметрів транзисторів і резисторів, низькочастотні шуми, перешкоди і наведення. Серед перелічених причиннаибольшую нестабільність вносять зміни температури, викликають дрейф. Цей дрейф обумовлений ж причинами, як і не стабільність струму колектора підсилювача як спокою змінами I>кбо, U>бе0 і B. Оскільки температурні зміни цих параметрів мають закономірний характер, то певної міри може бути компенсовані. Так, зменшення абсолютного дрейфу нуляУПТ необхідноуменьшать коефіцієнт нестабільності P.Sнс.

Абсолютним дрейфом нуля , називається максимальне мимовільна відхилення вихідного напругиУПТ при замкнутому вході за певний проміжок часу. ЯкістьУПТ зазвичай оцінюють за напругою дрейфу нуля, наведеноного до входу підсилювача: еін=. Наведений до входу підсилювача дрейф нуля залежить від коефіцієнта посилення за напругою і. еквівалентний брехливому вхідному сигналу. Величина еін обмежує мінімальний вхідний сигнал, т. е. визначає чутливість підсилювача.

У підсилювачах змінного струму, природно, теж має місце дрейф нуля, але бо їх каскади від'єднані одне від друга розділовими елементами (наприклад, конденсаторами), цей низькочастотний дрейф не передається з попереднього каскаду в наступний і посилюється їм. Тож у таких підсилювачах (розглянутих попередніх розділах) дрейф нуля мінімальний та її звичайно враховують. УУПТ зменшення дрейфу нуля, передусім, слід турбуватися про його зниженні у першому каскаді. Наведений до входу підсилювача температурний дрейфснижается при зменшенні номіналів резисторів, включених у ланцюги бази йемиттера. УУПТ резистор RЕге великого номіналу може створити глибокуООС по постійному току, що підвищить стабільність і водночас зменшить KU для робочих сигналів постійного струму. Оскільки тут KU пропорційний P.Sнс, то величина еін виявляється незалежної від P.Sнс. Мінімального значення еін можна досягнути з допомогою зниження величин Rе, Rб і R>r. У цьому для кремнієвихУПТ можна отримати роботуКремниевиеУПТ більш придатні до роботи на підвищених температурах.

Слід сказати, роботаУПТ то, можливоудовлетворительной лише за перевищенні мінімальним вхіднимсигна брухт величиниСдр. Тому основним завданням можна вважати всемірне зниження дрейфу нуля підсилювача.

З метою зниження дрейфу нуля вУПТ може бутииспользовани такі способи: застосування глибокихООС, використаннятермокомпенсирующих елементів, перетворення постійного струму в перемінний й пожвавлення змінного струму з наступним випрямленням, побудова підсилювача побалансной схему, і ін.

2.ОДНОТАКТНЫЕУСИЛИТЕЛИ ПРЯМОГОУСИЛЕНИЯ

>ОднотактниеУПТ прямого посилення в суті своїй є звичайнимимногокаскадними підсилювачами з безпосередньою зв'язком. У цьому підсилювачірезистори Rе1 і Rе2 як створюють місцеву послідовникнуюООС по току, а й забезпечують необхідне напруження як у своїх каскадах. Умногокаскадном підсилювачі спостерігається послідовне підвищення потенціалу наемиттере транзистора кожного

наступного каскаду.Необходимость підвищення потенціалівемиттера від каскаду до каскаду зумовлена тим, за рахунок безпосередній зв'язок потенціал колектора в кожного наступного транзистора буде вищою, ніж в попереднього.

Забезпечити необхідний режим спокою в каскадах аналізованого підсилювача можна й з допомогою послідовного зменшення номіналівколлекторних резисторів від каскаду до каскаду (R>к1 > R>к2). Але цього разі, як й у розглянутий вище, падатиме посиленняУПТ.

Під час розробкиУПТ доцільним є вибіремиттерних резисторів по заданим значенням коефіцієнтів посилення і P.Sнс, а робочі напруги можна забезпечити шляхом додаткових заходів. На рис. 2 наведено принципові схеми двох варіантів каскадівУПТ, у одному з яких (а) потенціалемиттера встановлюється з допомогоюбалластного опору R>o у другому (б) — шляхом застосування опорного діода D. Зазначимо, що замість опорного діода можна включити кілька звичайнихпрямосмещеннихр-п переходів. Часто використовуються поєднання обох варіантів схем, наведених на рис. 2.

Під час розробкиУПТ необхідно забезпечувати узгодження потенціалів як між каскадами, але й джерелом сигналу і навантаженням. Якщо джерело сигналу включити на вході підсилювача між базою першого транзистора і загальної шиною, то нього буде протікати стала складова струму джерела харчування EK. Для усунення цього струму зазвичай мають генератор вхідного сигналу між базою транзистораТ1 і середній точкою спеціального дільника напруги, освіченогорезисторами R1 і R2. На рис. 3 приведено принципова схема аналізованого вхідного каскадуУПТ прямогоусиления. При правильно обраномуделителе потенціал його середньої точки як спокою дорівнює потенціалу спокою з урахуванням першого транзистора.

Навантаження підсилювача звичайно вводяться в діагональ мосту, освіченого елементами вихідний, ланцюгаУПТ. На рис. 4 приведено принципова схема такого вихідного каскадуУПТ.Рассматриваемий тут спосіб включення навантаження використовується щоб одержати Uзв=0 при Є>r=0.Номинали резисторів R3 і R4 вибираються в такий спосіб, щоб напруга середньої точки дільника дорівнювало напрузі на колекторі вихідного транзистора як спокою. Причому у навантаженні для режиму спокою нічого очікувати протікати струму. У кожному каскадіУПТ прямого посилення з допомогою резисторів у подальшому ланцюгуемиттера утворюється глибокаООС. Тож визначення вхідного опору Ku>oc каскаду ОЕ тут можна скористатися формулами і KuОС = - Rкн/Rе відповідно. Зазвичай максимальне посилення властиво першому каскаду, яка має Rдо має найбільше значення. Проте й наступному каскадіУПТ, де Rдо  менше, однак його номінал може бути більше номіналу Rе. УмногокаскаднихУПТ прямого посилення може статися часткову компенсацію дрейфу нуля. Так, позитивне прирощення струму колектора, першого транзистора викликає негативне прирощення струму бази й, отже, струму колектора другого транзистора. Через війну сумарний дрейф нуля другого каскаду може бути менше, ніж у відсутність першого каскаду в ідеальному разі і зведений нанівець. Зауважимо, що - повна компенсація дрейфу нуля можлива лише за спеціальному доборі елементів і лише деякою конкретної температури. Хоча практиці цю майже недостижимо, тим щонайменше вУПТ зчетним числом підсилюючих каскадів спостерігається зниження дрейфу нуля.

Спосіб побудовиУПТ з урахуванням безпосередній зв'язок в підсилюючих каскадах з великимООС можна використовувати щоб одержати порівняно невеликого коефіцієнта посилення (кілька десятків) за досить великому . Якщо такихУПТ спробувати підвищити Доu, то неминуче одержимо різке зростання дрейфу нуля, викликаного як температурної нестабільністю, а й нестабільністю джерел харчування. Зазначимо, що "застосування традиційних методів зменшення впливунестабильностей Єдо з допомогою фільтруючих конденсаторів не дає бажаного результату (занадто низькі частоти). Для зниження температурного дрейфу вУПТ прямого посилення іноді застосовують температурну компенсацію. Нині яктермокомпенсирующего елемента зазвичай використовується діод у прямому змішанні, включений у ланцюг бази транзистора. Принцип побудови таких пристроїв практично однаковий для підсилювачів постійного і перемінного струму. Усі розглянуті вищеУПТ мають великий температурний дрейф (eін становить одиниці мілівольт на один градус). З іншого боку, у яких відсутня зрима компенсація тимчасового дрейфу і сфери впливу низькочастотних шумів. Ці чинники може стати навіть більше суттєвими, ніж температурний дрейф нуля. Відзначені недоліки підсилювачів прямого посилення значною мірою долаються вУПТ з перетворенням (модуляцією) сигналу.

3.УСИЛИТЕЛИ ЗПРЕОБРАЗОВАНИЕМ

При посиленні малих сигналів постійного струму чи напруги часто застосовують підсилювачі з перетворенням постійного струму в перемінний. ТакіУПТ мають малий дрейф нуля, великий коефіцієнт посилення на низьких частотах і потребують підстроюванню нульового рівня. На рис. 5 приведено структурна схема підсилювача з перетворенням постійного струму в перемінний. І на цій схемою використані такі позначення:М—модулятор.Ус—усилитель змінного струму,ДМ—демодулятор. ТакийУПТ часто називають підсилювачем з модуляцією ідемодуляцией (МДМ).

УУПТ з МДМ вхідний сигнал постійної напруги U>вх (чи струму) спочатку перетворюється на пропорційний йому сигнал змінного напруженості із допомогою модулятора М, потім посилюється звичайним підсилювачем Ус, та бувДемодулятором ДМ перетворюється на сигнал постійної напруги. Бо у підсилювачах змінного струму (наприклад, зRC-связью) дрейф не передається від каскаду до каскаду, то МДМ підсилювачах реалізується мінімальний дрейф нуля. Роботурассматриваемого підсилювача зручнопроиллюстрировать з допомогою тимчасових діаграм напряжений (чи струмів) в основних точках схеми рис. 5, які на рис. 6. Перетворення постійного U>вх в змінне здійснюється із частотою сигналу управління (модуляції) U>упр, зазвичай має вид меандру. Для успішної роботиУПТ з МДМ необхідно, щоб частота сигналууправления була, принаймні, значно вище максимальної частоти вхідного сигналу.

З різноманіття можливих варіантів побудовимодуляторних пристроїв найбільшого поширення отримали транзисторні модулятори (>прериватели чималотоковие перемикачі). Розглянемо роботупростейшего транзисторного модулятора,принципиальная схема якого приведено на рис. 7.

>Рис. 7

Тут постійне вхідний напруга U>вх докладено міжемиттером і колекторомn-p-n транзистора, що за допомогою трансформатораТр управляється сигналом U>упр.Транзистор працює як ключ, т. е. вона має дві робочі стану: відкритий (режим насичення) і закритий (режим відсічення). Якщо режимі відсічення опір транзистора велике, то режимі насичення воно близько нанівець. Через війну струм через транзистор буде перериватися із частотою сигналу управління. Цей струм і є вхідним сигналом для підсилювача змінного струму Ус. Зв'язок пристроїв М і Ус зазвичай здійснюється через розділовий конденсатор. Схема на рис. 7 привертає увагу тим, що представлений транзистор в інверсному включенні. Справді, в транзисторнихмодуляторах поширився інверсне включення транзистора. Річ у тім, що дрейф нуля вУПТ з МДМ переважно визначається дрейфом модулятора, який зумовлено нестабільністю залишкових параметрів транзистора (струму і напруження). Відомо, що транзистор в інверсному включень має істотно менші залишкові параметри, ніж у прямому включенні. Це перевагу інверсного включення транзистора особливо яскраво проявляється у значенні залишкового напруги. Нагадаємо, що залишковий струмпланарного транзистора надзвичайно малий, і для прямого включення (десяті чи соті часткинаноампер), тому використання інверсного включення можна буде саме з зменшення залишкового напруги.

З допомогою формулЭберса-Молла можна отримати роботу розрахункові відносини для залишкового напруги прямого Uост і інверсного UостI включення транзистора при токах колектора, близьких нанівець:

З (1) слід, що UостI < Uост, оскільки , т. е. при малих токах колектора інверсне включення транзистора більше від використання вмодуляторах. Сучасні транзистори при  і оптимальному струмі бази мають .

Для якіснихУПТ цю величину який завжди вважатимуться задовільною.Меньшего залишкового напруги можна досягнути з допомогою компенсованого модулятора (ключа) двомаинверсно включених транзисторах, принципова схема якого приведено на рис. 8. Тут транзистори включені зустрічно, і тому їх залишкові параметрів має компенсувати одне одного. Так, для залишкового напруги аналізованого модулятора U>остК можна записати:

U>остК = U>ост1 - U>ост2  (2)

де U>ост1 , U>ост2 залишкові напруги транзисторівТ1 іТ2 відповідно. З (2) слід, що зниження U>остК , отже, і дрейфу всьогоУПТ можна досягнути завдяки тому, що U>ост1 U>ост2. Мінімальний розкид параметрів транзисторів можна отримати роботу за її виготовленні в одній підкладці на єдиній технологічному циклі. Такімодуляторние транзистори, є найпростішими ІВ, й одержали основне використання у сучаснихУПТ з МДМ (наприклад, ІВК101КТ1).Остаточное напруження як у них звичайно перевищує стамкВ.

>Рис.8

З погляду сучасних вимог до електронних пристроям рассмотренние модулятори мають недолік, котра перебувала присутності електромагнітних трансформаторів, які дуже важко виготовити як ІВ. Зазначимо, іноді трансформатори вмодуляторах вдається замінитиоптронами.

Працюючи з джерелами вхідного сигналу із малими U>вх великими внутрішніми опорами Rр кращі результати виходять, коли модуля тор виконується на польових транзисторах. Річ у тім, що з струмі стоку, рівному нулю, вони теж мають нульовий залишкове напруга (чого немає у біполярних транзисторах). Це пов'язано з тим, що провідність ланцюга між стоком і джерелом має, зазвичай,резистивний характер (опір каналу). З іншого боку, велике R>вх дозволяє вживати управляючі сигнали малої потужності. Проте якщо з зростанням U>вх і зменшенням Rр переваги таких модуляторів зникають.

Якдемодулятора ДМ можна використовувати різні електронніУстройства.Простейшимдемодулятором є звичайнийдвухполупериодний чи бруківці ректифікатор з фільтром не вдома. Більше досконалим можна вважатидемодулятор, виконаний якфазочувствительний ректифікатор.

На рис. 9 приведено принципова схема однієї з варіантівдемодулятора —фазочувствительного випрямляча. Вона зручна тим, що її основу становить вже використаниймодуляторемодуляторний транзистор, що з двох транзисторних структури інверсному включенні.

>Рис. 9

На вхіддемодулятора надходить змінне напруга U2 з підсилювача. У базові ланцюга транзисторів у вигляді трансформатора надходить загальний управляючий сигнал U>упр.Транзистори тут лише заположительних потенціалах баз, що відбувається саме у момент надходження на вхід інформаційного сигналу, посиленого з допомогою підсилювача Ус. Такий модулятор успішно функціонує широтою діапазону робочих сигналів.

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація