трусики женские украина

На головну

 Підсилювальні властивості одиночних каскадів - Комунікації і зв'язок

Зміст

Введення

1. Включення транзистора за схемою із загальним емітером

2. Включення транзистора за схемою із загальною базою

3. Включення транзистора за схемою із загальним колектором

4. Робота підсилюючих каскадів в області низьких частот

5. Робота підсилюючих каскадів в області високих частот

6. Диференціальний каскад

Бібліографічний список

Введення

Підсилювальні каскади РЕА будь-якого ступеня складності можуть бути представлені у вигляді різних комбінацій трьох основних схем включення транзисторів: із загальним емітером (ОЕ), із загальним колектором (ОК) і з загальною базою (ПРО). (Для польових транзисторів - відповідно: із загальним витоком (ОІ), загальним стоком (ОС) і загальним затвором (ОЗ).) Таку назву схеми включення отримали в залежності від того, який електрод транзистора є спільним як для вхідного ланцюга (джерела сигналу) , так і для вихідного кола (навантаження).

Для спрощення розгляду характеристик підсилювальних каскадів будемо застосовувати npn транзистори, хоча всі міркування залишаться справедливими і для транзисторів pnp, необхідно тільки буде змінити полярність напруг живлення і полярність включення електролітичних конденсаторів, якщо вони є в схемі.

1. Включення транзистора за схемою із загальним емітером

Принцип роботи схеми з ОЕ розглянемо на прикладі малюнка 1. Припустимо, що за допомогою подільника напруги R1 і R2 заданий такий режим, що в колекторі протікає струм 1 мА, а напруга на колекторі становить 5 В; тобто транзистор знаходиться в активному режимі. Розгляд будемо проводити для області середніх частот, коли впливом розділових конденсаторів (СР.ВХ, СР.Н) можна знехтувати, блокувальний конденсатор СБЛможно розглядати як коротке замикання відповідного висновку схеми на загальну шину, а вплив паразитних ємностей і інерційність транзистора ще не позначається.

Рис. 1. Підсилювальний каскад з включенням транзистора по схемі з ОЕ

Якщо вхідна напруга ЕСповисіть на невелику величину, то колекторний струм також збільшиться. Оскільки вихідні характеристики транзистора проходять майже горизонтально, можна зробити припущення, що струм колектора IКзавісіт тільки оті не залежить від напруги колектор-емітер. Тоді приріст струму колектора складе:

,

де S - крутизна прямої передачі (параметр Y21в схемі з ОЕ).

Прирощення струму колектора протікає через паралельно з'єднані резистори R3і RН, тобто через деякий еквівалентний опір RН.Е, отже, вихідна напруга отримує прирощення:

Таким чином, схема забезпечує коефіцієнт підсилення по напрузі:

. (1)

(Знак "мінус" означає, що фаза вихідної напруги інвертована по відношенню до вхідного.)

Більш точний аналіз, що враховує кінцеве вихідний опір транзистора rКЕ, дає наступний результат:

|| RКЕ).

При опорі RН.Е = 1?5 кОм і опорі rКЕ »100 кому читачеві пропонується самостійно переконатися в допустимості застосування наближеного виразу (1) для визначення коефіцієнта посилення по напрузі.

Приблизно можна вважати, що:

,

де Rе = jТ / IЕ »jТ / IК.

Тоді вираз (1) можна представити у вигляді:

(2)

Якщо RНотсутствует, вираз можна представити таким чином:

тобто коефіцієнт посилення пропорційний падінню напруги на колекторному опорі R

Якщо припустити, що в колекторної ланцюга встановлено деякий опір, що прагне до нескінченності (принаймні, виконати умову R3 >> rКЕ), гранично можливий коефіцієнт посилення одиночного каскаду можна визначити як:

Для сучасних npn транзісторовможет скласти 4000?7000, для транзисторів типу pnp - 1500?5500.

Вхідний опір схеми з ОЕ без врахування впливу подільника напруги в ланцюзі бази визначається через h-параметри еквівалентної схеми:

, (3)

де Rб = 30?50 Ом - об'ємне опір бази транзистора.

Вплив вхідного опору істотно позначається на підсилюючих властивостях схеми, якщо опір джерела сигналу RC? 0.

Дійсно, між вхідним опором підсилювача і вихідним опором джерела сигналу RCобразуется дільник напруги, в результаті коефіцієнт посилення напруги джерела сигналу ЕСуменьшается:

.

Без суворих доказів вихідний опір схеми з ОЕ можна прийняти рівним:

, (4)

тобто вихідний опір, по суті, паралельно включені коллекторное опір і власне вихідний опір транзистора.

У більшості випадків можна вважати, що вихідний опір схеми з ОЕ визначається колекторним опором, яке зазвичай становить кілька кіло. Тому навантаження підсилювального каскаду в схемі з ОЕ повинна бути високоомній.

Коефіцієнт посилення по потужності в схемі з ОЕ найбільший з усіх схем включення транзистора:

де KI = b - коефіцієнт посилення по струму в схемі з ОЕ (у випадку, якщо впливом подільника напруги в ланцюзі бази можна знехтувати).

Через резистор R4 здійснюється негативний зворотний зв'язок, який відсутній на змінному струмі, так як цей резистор зашунтірован конденсатором СБЛ.

Якщо конденсатор СБЛотсутствует, то коефіцієнт підсилення схеми по напрузі можна визначити як:

, (5)

тобто КUопределяется параметрами резисторів і практично не залежить від властивостей транзистора, принаймні, в області середніх частот. Але плата за це - істотно менший коефіцієнт посилення, так як типове значення rЕсоставляет 25 Ом при струмі 1 мА, а опір резистора R4, як правило, багато більше цього значення.

Вхідний опір каскаду також змінюється: воно зростає:

. (6)

Зверніть увагу, що вхідний опір за рахунок дії негативного зворотного зв'язку по струму зростає у стільки разів, у скільки разів знижується коефіцієнт посилення по напрузі.

Якщо на змінному струмі негативний зворотний зв'язок не бажана, ємність конденсатора СБЛвибірается з таких міркувань.

Замінимо у виразі (5) R4на комплексний опір паралельно з'єднаних резистора R4 і конденсатора СБЛ:

.

Тоді для модуля коефіцієнта підсилення можна побудувати асимптотическую частотну характеристику, наведену на малюнку 2.

Частоти f1і f2определяются як

Частота f2, по суті, являє собою частоту зрізу частотної характеристики посилення в низькочастотної області. При заданому струмі емітера транзистора і частоті f2легко визначити необхідну ємність конденсатора СБЛ.

Рис. 2. Вплив конденсатора CБЛна частотну характерістікуc підсилювача в схемі з ОЕ

Якщо все ж потрібно здійснити неглибоку негативний зворотний зв'язок по змінному струмі, можна включити резісторпоследовательно з конденсатором СБЛ.

Вихідний опір каскаду за рахунок дії негативного зворотного зв'язку по струму зростає незначно, і в межі прагне R3, якщо RНотсутствует.

2. Включення транзистора за схемою із загальною базою

Включення транзистора по схемі з ПРО ілюструється малюнком Як і в схемі з ОЕ, джерело вхідного сигналу включений між одними і тими ж висновками. Істотна різниця полягає в тому, що в разі схеми з ПРО джерело сигналу нагружён не базовою, а емітерний струмом. Отже, вхідний опір в цьому випадку приблизно в b разів менше, ніж у схемі з загальним емітером:

.

Рис. Підсилювальний каскад з включенням транзистора по схемі з ПРО

Коефіцієнт підсилення схеми з ПРО практично збігається з відповідною характеристикою схеми з ОЕ з точністю до знака - схема з ОС не інвертує вхідний сигнал (див. (2)). Дійсно, при позитивному прирості сигналу в емітер і фіксованому потенціалі бази транзистор подзапірается, ток його емітера і, отже, струм колектора зменшується, що викликає позитивне прирощення напруги на колекторі, тобто фаза вихідного сигналу трохи інвертується по відношенню до вхідного.

Вихідний опір схеми з ПРО практично таке ж, як і у схеми з ОЕ. Слід зазначити тільки, що вихідний опір власне транзистора в схемі з ПРО приблизно в b разів вище, ніж у схемі з ОЕ.

Внаслідок малого вхідного опору схема з ПРО дуже рідко використовується на низьких і середніх частотах. У високочастотної області схема з ПРО має переваги перед схемою з ОЕ, так як має більш широку смугу пропускання.

Коефіцієнт посилення по потужності в схемі з ПРО практично збігається з коефіцієнтом посилення по напрузі, так як коефіцієнт передачі струму емітера a »1:

3. Включення транзистора за схемою із загальним колектором

Схема із загальним колектором представлена ??на малюнку 4. Принцип роботи схеми з ОК полягає в наступному. Якщо на вході схеми діє прирощення напруги ЄС (наприклад, позитивне), то виникає прирощення емітерного струму і напруга на емітерний резисторі R4 збільшується. Отже, вихідна напруга підвищується майже так само, як і вхідний. Тому така схема носить назву емітерний повторювач, так як її коефіцієнт посилення близький до одиниці. Зауважимо, що резистор R3 в схемі може бути відсутнім - колектор безпосередньо підключається до шини харчування.

Вхідний опір схеми з ОК збігається з вхідним опором схеми з ОЕ, при наявності негативного зворотного зв'язку по струму (6), якщо опір R4заменіть на еквівалентну, яке визначається паралельним опором резисторів R4 і RН. Особливо потрібно відзначити досягнення гранично можливого вхідного опору. З виразу (6) випливає, що при збільшенні опору R4 вхідний опір необмежено зростає. Насправді, паралельно вхідному опору встановлено кінцеве опір подільника напруги, що задає режим по постійному струму, тому часто вхідний опір визначається ланцюгами зсуву. Навіть у тому випадку, коли емітерний повторювач отримує зсув від попереднього каскаду (дільник напруги в ланцюзі бази відсутній), вхідний опір обмежено диференціальним опором колектор-база транзистора.

Вихідний опір залежить не тільки від параметрів транзистора, а й від внутрішнього опору джерела сигна-ла RC:

.

Рис. 4. Підсилювальний каскад з включенням транзистора по схемі з ОК

Коефіцієнт посилення по струму KI = b + 1 і у випадку застосування складових транзисторів може бути дуже великим - до 2500-5000.

Скориставшись загальним для будь-якого чотириполюсника виразом для визначення коефіцієнта передачі, знайдемо коефіцієнт передачі по напрузі KUеміттерного повторювача:

де RЕКВ = R4 || RН- еквівалентний опір навантаження емітерногоповторювача.

Коефіцієнт посилення по потужності, що цілком очевидно, визначається коефіцієнтом посилення струму бази: KP »b + 1.

З наведених виразів видно, що каскад на транзисторі, включеному за схемою з ОЕ, посилює як струм, так і напругу при відносно невеликих вхідний і вихідний опору, тобто володіє найбільшим коефіцієнтом посилення по потужності.

Схема з ПРО володіє дуже низьким вхідним і відносно високим вихідним опором, при цьому має однаковий (з точністю до знака) зі схемою ОЕ коефіцієнт посилення по напрузі і не підсилює вхідний струм.

Схема з ОК володіє самим високим вхідним і найнижчим вихідним опорами, близьким до одиниці коефіцієнтом посилення по напрузі і приблизно в b разів підсилює струм і потужність.

4. Робота підсилюючих каскадів в області низьких частот

В області низьких частот робота підсилюючих каскадів визначається наявністю розділових і блокувальних конденсаторів, кожен з яких утворює фільтр верхніх частот спільно з певним опором, причому можна вважати, що ці фільтри з'єднані послідовно. У цьому випадку результуюча частота зрізу амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) може бути визначена як:

або, для випадку коли всі n фільтрів мають однакову частоту зрізу f0:

.

Кожна частота зрізу може бути визначена як:

,

де Ri.екв- еквівалентний опір схеми щодо затискачів i-го конденсатора, за умови, що інші конденсатори закорочені.

5. Робота підсилюючих каскадів в області високих частот

В області високих частот робота підсилюючих каскадів в основному визначається двома факторами:

- Частотної залежністю коефіцієнта посилення по струму транзисторів, яка визначається їх фізико-хімічними та технологічними параметрами;

- Наявністю паразитних ємностей або спеціально встановлених конденсаторів, що утворюють із зовнішніми опорами фільтри нижніх частот.

Ці фактори призводять до зниження посилення в області високих частот, і їх необхідно брати до уваги при проектуванні підсилювачів, гранична частота яких перевищує 100 кГц.

6. Диференціальний каскад

Диференційний каскад - це симетричний підсилювач постійної напруги з двома входами і двома виходами. Основна його схема представлена ??на малюнку 5. У загальну емітерний ланцюг включений джерело струму на транзисторі VT2. За рахунок цього забезпечується сталість емітерний струмів транзисторів VT1 і VT3: IЕ1IЕ3 = IK2. Якщо ЕС1 = ЕС2 = 0, внаслідок симетрії схеми ток IK2равномерно розподіляється між транзисторами VT1 ??і VT3:

IЕ1 = IЕ3 = IK2 / 2,

звідки, нехтуючи базовим струмом, знайдемо, що:

Iк1 + IК3 = IK2.

Рис. 5. Основна схема диференціального підсилювача

Ці співвідношення не зміняться, якщо вхідні сигнали отримають однакові прирости (синфазний сигнал). Оскільки резистори RК2і RК1одінакови, колекторні струми транзисторів диференціальної пари залишаються рівними один одному, не змінюється і різниця вихідних напруг: UВИХ1- UВИХ2 »0, тобто коефіцієнт посилення синфазного сигналу в першому наближенні дорівнює нулю.

Якщо для визначеності покласти, що ЕС1> ЕС2, то змінюється розподіл струмів в диференціальної парі: IК1увелічівается, а IК3соответственно зменшується, а їх сума залишається рівною IK2. Тому збільшення колекторних струмів транзисторів VT1 і VT3 рівні за абсолютною величиною і протилежні за знаком: DIК1 = -DIК2.

Прирощення струмів IК1і IК3визивают відповідні збільшення напруг на резисторах RK1і RK2. Таким чином, на відміну від синфазного управління, різниця вхідних напруг викликає зміна вихідних напруг.

Зауважимо, що зміна напруг база-емітер під впливом температури діє як синфазних сигнал і, отже, не впливає на роботу схеми. Тому підсилювач на основі диференціального каскаду добре пристосований для посилення сигналів постійного струму і є основою для створення операційних підсилювачів.

У тому випадку, коли необхідно зусилля не різниця напруг, а тільки одне вхідна напруга, інший вхід каскаду можна заземлити, в результаті чого диференціальне напруга буде дорівнює ЕС1лібо -ЕС2, залежно від того, який з входів заземлений.

Коефіцієнти підсилення для диференціального сигналу по виходах 1 і 2 відрізняються тільки знаком, так як один з транзисторів працює в схемі включення з ОЕ, інший - з ПРО:

тобто збільшення колекторних напруг рівні, але мають протилежні знаки.

Насправді диференційний каскад реагує і на зміну синфазного сигналу. Щоб визначити коефіцієнт посилення синфазного сигналу KU.СФ, будемо вважати, що в емітерний ланцюга диференціальної пари включений джерело струму з опором rІТ. Якщо до обох входів докласти одне і те ж напруга Uсф, то струм рівномірно розподілиться між транзисторами VT1 ??і VT2. При цьому їх можна розглядати як два паралельно включених емітерний повторювача із загальним емітерним опором rІТ. Задаючи прирощення DUСФ, знайдемо приріст струму колектора транзистора VT1 або VT2:

Тоді для коефіцієнта посилення синфазного сигналу отримаємо:

тобто КU.СФможет бути зроблений багато менше одиниці, але не дорівнює нулю.

Одним з параметрів якості диференціального підсилювача є коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу:

,

показує, у скільки разів коефіцієнт посилення диференціального сигналу більше коефіцієнта посилення синфазного сигналу.

Вхідний опір для диференціального сигналу залежить як від режиму (струму Iк2), так і від параметрів транзисторів:

. (7)

У режимі великого сигналу робота диференціального підсилювача істотно відрізняється від роботи одиночного транзистора, так як передавальна характеристика диференціальної пари описується гіперболічним тангенсом:

транзистор колектор емітер диференційний каскад

(8)

за умови, що ЕС2 = 0.

Передавальна характеристика, описувана виразом (8), наведена на малюнку 6. Лінійний ділянка цієї характеристики становить близько ± 2jТ, або ± 50 мВ.

Як правило, транзистори, що утворюють диференціальну пару, при рівних токах емітера мають дещо відмінні напруги база-емітер, що обумовлено технологічним розкидом площ емітерів. Або, що те ж саме, при однакових напругах база-емітер струми емітерів, а значить, і колекторів будуть відрізнятися:

(9)

де IS1, IS3- струм насичення назад зміщеного переходу база-емітер, обумовлений площею S pn переходу.

Рис. 6. Прохідна характеристика диференціального каскаду

Якщо транзистори VT1 ??і VT3 виконані в єдиному технологічному циклі, з виразу (9) випливає, що:

З іншого боку, якщо зажадати, щоб струми колекторів транзисторів диференціальної пари були рівні, на один з входів необхідно подати компенсує напругу, знак якого визначатиметься тим, який з транзисторів має велику площу емітера:

(10)

де Si- площа емітера i-го транзистора.

Вираз (10) визначає напруга зсуву, тобто таке напруження, яке потрібно прикласти до входу диференціального каскаду, щоб струми транзисторів були рівні і вихідна напруга:

UВИХ1- UВИХ2 = 0.

Напруга зсуву залежить ще й від інших факторів: b транзистора, температури і т.д. Типове значення напруги розбалансу для транзисторів, виконаних на одній підкладці, становить 2,5-5 мВ. Регулювання нуля диференціального каскаду можна здійснювати підбором резисторів RK, подачею напруги відповідної полярності на один з входів або установкою в емітер транзистора резистора, опір якого менше, ніж R е, щоб дещо збільшити негативний зворотний зв'язок по струму.

Бібліографічний список

1. Активні RC-фільтри на операційних підсилювачах / пер. з англ. ; під ред. Г.Н. Алексакова. - М.: Енергія, 1974. - 64 с. : Ил.

2. Алексенко, А.Г. Застосування прецизійних аналогових мікросхем / А.Г. Алексенко, Е.А. Коломбет, Г.І. Стародуб. - М.: Радио и связь, 1985. - 256 c.

3. Аналогові та цифрові інтегральні мікросхеми: довід. посібник / Н.А. Барканов [и др.]; під ред С.В. Якубовського. - 2-е вид., Перераб. і доп. - М.: Радио и связь, 1984. - 432 с. : Ил. - (Проектування РЕА на інтегральних мікросхемах).

4. Анісімов, В.І. Операційні підсилювачі з безпосереднім зв'язком каскадів / В.І. Анісімов, М.В. Капітонов, Ю.М. Соколов, М.М. Прокопенко. - Л.: Енергія, 1979. - 168 с. : Ил.

5. Джерела вторинного електроживлення / під ред. Ю.І. Конєва. - М.: Радио и связь, 1983. - 280 с., Іл. (Проектування РЕА на інтегральних мікросхемах).

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка