Amplificatoare diferențiale și operaționale
Material suplimentar pentru cursul 10 pentru munca independentă
Stadiul amplificatorului operațional
Stadiu amplificator diferențial
Amplificatoare diferențiale și operaționale
Schița (logica) a prezentării materialului
1. Goltsev V.R. Bogun V.D., Khilenko V.I. Amplificatoare electronice. M .:
5 Lenk J.D. Manual de proiectare a circuitelor electronice / Trans. cu
ang.V.I. Zubchuk și Sigorsky. Ed. VP Singorskogo. - K. Tehnika,
Express - un test de cunoaștere a materialului:
1 Desenați un circuit amplificator DC folosind două surse
2 Desenați o diagramă bloc a amplificatorului MDM.
3 Desenați o diagramă a amplificatorului DC pe MOSFET-uri
4 Scrieți părerea despre "DC Amplifier"
După studierea lecției 10, studentul trebuie să știe: lucrarea amplificatorului diferențial și operațional și caracteristicile acestuia.
Să fie capabil: să explice funcționarea amplificatorului diferențial și operațional și să fie capabil să deseneze diagrame ale amplificatoarelor diferențiale și operaționale.
În etapele de amplificare, tranzistorii pot fi conectați în serie unul cu celălalt în ceea ce privește sursa de alimentare sau în paralel. Cascadele paralele sunt mai convenabile pentru utilizare practică și pentru tehnologia microelectronică și, prin urmare, în prezent sunt cele mai utilizate.
Cea mai comună cascadă paralelă a amplificatorului este o cascadă diferențială (DC). Diferențial este o cascadă care are două intrări simetrice și dă o tensiune de ieșire proporțională cu diferența semnalelor de intrare ("diferențial" înseamnă diferența).
Pe baza tranzistorilor VT1 și VT2. ambele OE, un semnal care este simetric față de firul comun, adică două tensiuni egale opuse U'bx și U''bx.
Semnalul de ieșire este scos din ieșirea colectorului celor două tranzistoare și este egal cu suma tensiunilor parțiale de ieșire dezvoltate de fiecare tranzistor la rezistența de încărcare colectoare R3 și R5.
Figura 1.61 - Cascadă diferențială cu ieșire simetrică
În circuitul emițătorului comun al tranzistorilor VT1 și VT2, rezistența R4 este inclusă. care efectuează stabilizarea emițătorului a modului inițial. Mărimea acestei rezistențe poate fi jumătate la fel ca într-o singură cascadă, deoarece prin ea trece un curent constant de două tranzistoare. În plus, rezistorul R4 creează o conexiune între emițători în curent alternativ.
În jumătatea semnalului pozitiv al semnalului de la prima intrare către R3, o tensiune de ieșire parțială U'v este produsă cu un semn negativ la terminalul de ieșire lângă colectorul tranzistorului VT1. Single intră temporar a doua intrare a unui negativ jumătate de undă a aceluiași semnal, iar rezistorul R5 este creat al doilea sub-set de tensiune U „O cu un semn pozitiv în apropierea al doilea terminal de ieșire (colector în VT2).
Deoarece U'ow = K · U'vx și U''now = K · U''bx. unde K este câștigul de tensiune, atunci
și anume Tensiunea de ieșire este proporțională cu diferența dintre tensiunea de intrare.
În timpul funcționării normale a cascadei la intrare, se dau semnale antifază: U''vx = -U'vх. Diferența semnalelor antifază este egală cu suma valorilor lor absolute. Prin urmare, pentru valorile efective ale tensiunilor de semnal utile.
Astfel, câștigul cascadei diferențiale este de două ori mai mare decât pentru un tranzistor în circuitul OE. În cascadă
nu există nici un feedback negativ cu privire la AC, deoarece curenții
două tranzistoare trec prin rezistența R4 în opusul
direcții.
În cazul în care semnalul intră în ambele intrări într-o singură fază, tensiunea de ieșire va fi foarte mică, egală cu diferența dintre U'v și U'vov. și pentru simetria schemei Uout = 0. Aceasta înseamnă că insensibilitatea cascadă inului la interferențe de mod comun indus pe ambele intrări, precum și bullet-satsiyam și schimbarea tensiunii de alimentare și aceiași parametri de circuit de comutare niem cu variații de temperatură și a componentelor de îmbătrânire.
Cu semnale în fază, curenții alternativi ai emițătorilor celor două tranzistori trec de-a lungul rezistenței comune a emițătorului R4 într-o singură direcție și creează un feedback negativ profund pentru curentul alternativ din ambele tranzistoare. Acest lucru slăbește în continuare sensibilitatea la interferența în fază.
Această caracteristică a etapei diferențiale amplifică doar semnalul diferențial și respinge mod comun este o foarte importantă și utilă, deoarece majoritatea tipurilor de interferență este syn faze în ceea ce privește circuitele de scenă diferențiale, precum și driftul de tensiune de ambii umeri, și, prin urmare, diferential stadiul lor suprima puternic la în ceea ce privește semnalul util.
Raportul câștigului semnalului diferențial Kd cu amplificarea în modul comun Kc se numește coeficientul de atenuare a semnalului comun de mod Ko.
Cascada diferențială, în funcție de modul în care semnalul este alimentat la intrarea sa și metoda de eliminare a semnalului amplificat de la ieșire, poate fi utilizată diferit. Astfel, semnalul către intrarea treptei diferențiale poate fi alimentat în următoarele trei moduri:
1) între punctele 1 și 2 (intrare simetrică);
2) între punctele 1 și 0 (intrare dezechilibrată);
3) între punctele 0 și 2 (intrare dezechilibrată) /
Semnalul de la ieșirea cascadei poate fi împușcat și în trei moduri:
1 ') între punctele 3 și 4 (ieșire simetrică);
2 ') între punctele 3 și 0 (ieșire asimetrică);
3 ') între punctele 0 și 4 (ieșire asimetrică).
Proprietățile cascadei diferențiale depind puternic de metodele de alimentare și de îndepărtare a semnalului. Cele mai bune proprietăți ale cascadelor sunt în cazul unui semnal simetric între punctele 1 și 2 și eliminarea unui semnal simetric din punctele 3 și 4.
Cu toate acestea, ca sursa de semnal și sarcina nu este întotdeauna simetrică, iar în practică este adesea necesar să se aplice un semnal asimetric de intrare etapă diferențială conform metodei 1 sau 3, precum și pentru a elimina semnalul amplificat asimetric conform metodei 2 „și 3“. În aceste cazuri, proprietățile da diferențiale casca se deterioreze:
- când semnalul este aplicat la metodele 2 și 3 între bornele de intrare din stadiul 1 și 0 (sau 0 și 2), există o constantă mare
componenta a tensiunii, care trebuie compensată;
- Când semnalul este îndepărtat prin metodele 2 'și 3', doar jumătate
tensiunea semnalului amplificat, ca rezultat al câștigului
cascada este de jumătate la fel de mult, în plus față de o constantă mare
tensiune componentă între bornele 3 și 0 sau 0 și 4 Pentru a compensa aceste deficiențe în circuit, utilizați o sursă de alimentare cu o putere medie.
Când DC funcționează pentru următoarea cascadă obișnuită cu o intrare asimetrică, semnalul amplificat de la DC este îndepărtat prin metodele 2 'și 3'. În aceste cazuri, compensarea deviației și suprimarea semnalelor în fază a DC este îndepărtată prin metodele 2 'și 3'.
În aceste cazuri, compensarea derivei și suprimarea mod comun DC signa-pescuit atenuat și depinde numai de mărimea rezistenței R4 în sârmă general, care emit electrozi, introducerea în etapa circuitul de admisie lea secvențial curent de feedback negativ. Pentru semnalele de intrare echilibrate (diferențiale) acest feedback in cascada este absent: când Nesim aplicată pe treapta diferențială de intrare-semnal simetric funcționează ca un feedback integrat coerent cascadă Inver, introdus prin rezistor semnalul de reacție R4 preia tensiunea la umăr etapă slave . Pentru modul comun indică adâncimea de feedback-ul negativ introdus de rezistor R4 și suprimând semnalele de mod comun aici este egal cu (1 + 2 · S · R4), unde S ki-panta caracteristică a curentului de ieșire al cascadei elementului de amplificare într-un punct de repaus. Rezultă că suprimarea semnalelor de mod comun, și cu ea reducerea deriva zero a etapei diferențiale este mai mare cu mai mare elemente amplificator transconductanța și mai mare valoarea lui R4.
Creșterea adâncimea de feedback-ul a crescut gradul de înclinare a elementelor caracteristice ha de armare eșuează, deoarece Pentru a mări-TION gradul de înclinare al curentului pasiv ar trebui să fie crescut, iar acest lucru determină să reducă rezistența R4 rezistor la o anumită valoare admisibilă pas Denia pe aceasta tensiune. Mai mult decât atât, crește consumul de energie la cascada de alimente.
Prin urmare, pentru a crește adâncimea feedback-ului, îmbunătățind proprietățile cascadei, ar trebui să creșteți rezistența rezistorului R4. Dar nu poate fi luat prea mult, pentru că prin acest rezistor există un curent în stare liniștită a ambelor elemente de amplificare și cu o rezistență excesiv de mare, scăderea tensiunii de alimentare va fi inacceptabil de ridicată. De exemplu, la un curent liniștit de cascadă de 1mA și o scădere admisibilă a tensiunii de alimentare pe rezistența R4 5V, rezistența acestei rezistențe ar trebui să fie egală cu
5 / 0,001 = 5000 Ohm. Când se utilizează tranzistoare bipolare în cascadă și un flux de fiecare valoare S de 0,5 mA în jurul valorii de 0,02 A / B, care va suprima semnalele de mod comun la 1+ 2 · 0,02 · 5000≈200 ori, sau 43 dB, se dovedește, de obicei, insuficientă. Când utilizați FETs sau pentodes suprimarea va fi considerabil mai puțin din cauza reducerii ei caracteristici de pantă.
Pentru a crește adâncimea de reacție, cu aceeași scădere a tensiunii de alimentare la R4. Se utilizează așa-numitul "rezistor electronic" (stabilizator de curent sau generator de curent stabil GST), rezistența componentei de curent alternativ este mult mai mare decât rezistența DC (Figura 1.62). Generatorul de curent stabil este, în esență, o cascadă stabilizată în curent continuu, în care tranzistorul este conectat într-un circuit emițător comun.
De exemplu. Distribuitor de tensiune constând din rezistoare R2. R3 și dioda VD specifică potențialul bazei tranzistorului, care este mai mare cu 1 V din potențialul magistralei
aprovizionare negativă E = 9 V. scăzând tensiunea la emițător - baza tranzistorului VT3. Ue0 = 0.6 V, obținem pe rezistorul emițătorului
R1 = 220 ohmi ar trebui să scadă tensiunea de U R1 = 0,4 V. Prin urmare emițător curent va fi egal cu 2 mA (0,4 / 220), astfel încât, datorită emițătorii GTS cu lanț de tranzistori VT1 și VT2 curge curent total de 2 mA. VD Aplicarea diodei în brațul inferior al divizorului de tensiune asigură compensarea temperaturii. diferență de potențial pe dioda scade odată cu creșterea temperaturii, în același mod ca și are loc cu o diferență de potențial între bază și emitor, astfel încât tensiunea este în concordanță cu ceea ce este necesar pentru a menține tranzistorul emițător 2 mA curent într-un interval larg de temperaturi aplicate bazei. Uneori rolul diodă poate juca un tranzistor cu colector și bază scurt-circuitat, ceea ce duce la ideal schimbările de temperatură de cale, această schemă se numește oglindă curent.
Figura 1.62 - Generator de curent stabil în tranzistor (GTS).
Principiul funcționării circuitului din Figura 1.62 este după cum urmează. Semnalele de intrare nu se poate schimba total Ie curent în emițător de circuit, ei pot distribui doar în moduri diferite între tranzistori. În consecință, atunci când identic egal U'vh și U „Rin (semnal de fază), nici unul dintre curenții de colector nu se schimbă și semnalul de ieșire nu apare. Semnalul de ieșire apare numai când U'vh și U“ Rin sunt diferite, în timp ce în unul dintre tranzistori se va acorda o mare parte din curentul total de emițător, mai degrabă decât la altul.
Astfel de cascade dau suprimarea zgomotului în fază de ordinul a 80 dB sau mai mult.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: