Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Балансные и дифференциальные каскады




Читайте также:
  1. IX.Дифференциальные уравнения.
  2. Бестрансформаторные двухтактные каскады мощного усиления
  3. Выходные каскады ттл микросхем
  4. Дифференциальные параметры полевых транзисторов с управляющим p-n переходом. Температурные зависимости параметры полевого транзистора.
  5. Дифференциальные уравнения первого порядка
  6. Дифференциальные уравнения первого порядка.
  7. Дифференциальные уравнения первого порядка.
  8. Дифференциальные уравнения, допускающие понижение порядка
  9. Дифференциальные уравнения. Основные понятия и определения
  10. Лекции 15–16. Линейные дифференциальные уравнения n –ого порядка с переменными коэффициентами.
  11. Лекции 17-18. Линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами.

Очень сильно дрейф нуля можно уменьшить использованием балансных схем, выходная цепь которых представляет собой схему сбалансированного моста, к одной диагонали которого под­водится питание, а с другой диагонали снимается выходное на­пряжение. Примерами балансных каскадов являются двухтакт­ный резисторный каскад и инверсный каскад с обратной связью. В идеальных каскадах такого типа, имеющих совершенно одина­ковые усилительные элементы в обоих плечах схемы и одинаковые резисторы R в выходных цепях усилительных элементов, напря­жение питания оказывается полностью сбалансированным и в выходной цепи каскада отсутствует. При воздействии же на кас­кад каких-либо дестабилизирующих факторов (изменения темпе­ратуры, напряжения питания и т. д.) напряжение покоя на выход­ных электродах обоих усилительных элементов изменяется со­вершенно одинаково, схема по-прежнему остается сбалансирован­ной и напряжение дрейфа на выходе не появляется. Таким обра­зом, идеальный балансный каскад с совершенно одинаковыми плечами схемы полностью компенсирует постоянную составляю­щую напряжения дрейфа. Однако на практике плечи балансного каскада никогда не бывают абсолютно одинаковыми, и поэтому дрейф не уничто­жается полностью, а уменьшается тем сильнее, чем симметричнее схема.

 

 

Рис. 2.12.1. Простейший дифференциальный каскад с биполярными транзисторами

 

В балансных каскадах усилительные элементы можно включить либо последо­вательно друг с другом по отношению к источнику питания, либо параллельно. Параллельные балансные каскадыболее удобны для практического использования и для микроэлектронной технологии, а поэтому в настоящее время в основном и применяются.

Наиболее распространенным и упо­требительным параллельным балансным каскадом является дифференциальныйкаскад, по схеме отличающийся от инверсного каскада с обратной связью лишь тем, что имеет два входа, симметричных от­носительно общего провода схемы (рис. 2.12.1).

Напряжение усиленного сигнала на выходе дифференциально­го каскада Uвых (между точками 3 и 4) равно его коэффициенту усиления Кд, помноженному на разность напряжений сигналов, подводимых к его входам:

 

Кд=Uвых/Uвх;

 

Uвых=Uвых1- Uвых2= Кд Uвх = Кд(Uвх1 -Uвх2). (2.12.1)

 

Свое название дифференциальный каскад получил потому, что он усиливает только дифференциальный (разностный) сигнал, т. е. разность напряжений сигнала между первым и вторым входами. Разность Uвх1 -Uвх2 будет наибольшей в том случае, когда Uвх1 и Uвх2 имеют разные знаки, т. е. противоположны по фазе, так как при этом их абсолютные значения сложатся; такой входной сиг­нал называют дифференциальным входным сигналом. Если же Uвх1 и Uвх2 имеют одинаковую фазу, то сигнал называют синфаз­ным. При подаче на симметричный вход дифференциального кас­када (между точками 1 и 2) симметричного синфазного сигнала, у которого Uвх1 = Uвх2, разность Uвх1 и Uвх2 равна нулю и, как видно из выражения (2.10.4), напряжение сигнала на выходе симметричного дифференциального каскада (между точками 3 и 4) будет отсутствовать. Следовательно, совершенно симметричный дифференциальный каскад синфазный сигнал на выход пропус­кать не будет.



Эта особенность дифференциального каскада усиливать толь­ко дифференциальный сигнал и подавлять синфазный является очень важной и полезной, так как большинство видов помех явля­ется синфазными по отношению к цепям дифференциального каскада, так же как и напряжение дрейфа обоих его плеч, а поэто­му дифференциальный каскад их сильно подавляет по отношению к полезному дифференциальному сигналу. Отношение коэффици­ента усиления дифференциального сигнала Кд к коэффициенту усиления синфазного сигнала Кс называют коэффициентом подав­ления синфазных сигналов Пс:

 

Пс= Кд/Кс . (2.12.2)

 

Дифференциальный каскад в зависимости от способа подачи сигнала на его вход и способа снятия усиленного сигнала с вы­хода может быть использован различно. Так, сигнал на вход диф­ференциального каскада можно подавать следующими тремя спо­собами:

1) между точками 1 и 2(симметричный входной сигнал);

2) между точками 1 и 0(несимметричный входной сигнал);

3) между точками 0 и 2(несимметричный входной сигнал).

 

Сигнал с выхода каскада также можно снимать тремя способами:

1’) между точками 3 и 4(симметричный выходной сигнал);

2’) между точками 3 и 0(несимметричный выходной сигнал);

3’) между точками 0 и 4(несимметричный выходной сигнал).

 

Свойства дифференциального каскада сильно зависят от спо­собов подачи и снятия сигнала. Наилучшие свойства каскад име­ет в случае подачи симметричного сигнала между точками 1 и 2и снятия симметричного же сигнала с точек 3 и 4. У идеально симметричного каскада в этом случае полностью отсутствует дрейф нуля и он полностью подавляет синфазные сигналы. Од­нако в действительности вследствие неодинаковости компонентов в плечах каскада, нарушающей симметрию плеч схемы, подавле­ние, дрейфа оказывается неполным; при интегральном выполне­нии каскада на одной пластинке из полупроводника и хорошей технологии процесса можно добиться уменьшения напряжения дрейфа каскада по сравнению с обычным резисторным каскадом в несколько сотен раз и получить коэффициент подавления син­фазных сигналов Пс свыше 1000 (более 60 дБ).

Коэффициент усиления дифференциального каскада при по­даче на него симметричного сигнала по способу 1 (между точ­ками 1 и 2) и снятия усиленного сигнала по способу 1 (между выходами 3 и 4) равен коэффициенту усиления обычного резис­торного каскада и определяется теми же самыми формулами; по­стоянная составляющая напряжения между входами 1 и 2, так же как и между выходами 3 и 4, в этом случае отсутствует. Час­тотная и переходная характеристики, его на высоких частотах и в области малых времен такие же, как у обычного резисторного каскада.

Однако как источник сигнала, так и нагрузка далеко не всегда симметричны, и на практике очень часто приходится подавать на вход дифференциального каскада несимметричный .сигнал по способу 2 или 3, а также и снимать усиленный сигнал несиммет­рично поспособу 2’ или 3’. В этих случаях свойства дифференци­ального каскада ухудшаются; при подаче сигнала по способам 2 и 3,между входными зажимами каскада 1 и 0 (или 0 и 2) име­ется большая постоянная составляющая напряжения, которую не­обходимо компенсировать, а при снятии сигнала по способу 2' или 3' реализуется только половина напряжения усиленного сиг­нала, в результате чего коэф­фициент усиления каскада ока­зывается вдвое меньше, в до­полнение к большой и постоян­ной составляющей напряжения между зажимами 3 и 0 или 0 и 4. Для компенсации постоян­ной составляющей между вход­ными зажимами при несиммет­ричном источнике сигнала пи­тание дифференциальных кас­кадов часто осуществляют от источника питания со средней точкой или выводом, соединяемым с нижним (непотенциальным) концом источника сигнала (рис. 2.12.2).

 

 

Рис. 2.12.2. Питание дифференциального каскада от двух источников или от одного источника со средней точкой.

 

При работе дифференциального каскада на следующий обыч­ный каскад с несимметричным входом усиленный сигнал с диф­ференциального каскада снимают по способу 2' или 3'; в этих случаях компенсация дрейфа и подавление синфазных сигналов дифференциальным каскадом ослабляются и зависят только от ве­личины сопротивления Rэв общем проводе эмиттирующих элек­тродов, вводящего во входную цепь каскада последовательную от­рицательную обратную связь по току. Для симметричных входных сигналов (дифференциальных) эта обратная связь в каскаде от­сутствует, так как в этом случае текущий через Rэ ток сигнала одного плеча компенсируется равным ему током сигнала другого плеча; при подаче на вход несимметричного сигнала дифференциальный каскад работает как инверсный каскад с обратной связью, так как вносимая резистором Rэобратная связь подает напряжение сигнала на ведомое плечо каскада.

Для синфазных сигналов глубина отрицательной обратной свя­зи, вносимой сопротивлением Rэи подавляющей синфазные сиг­налы, здесь оказывается равной l+2SRэ, где S — крутизна характеристики выходного тока одного усилительного элемента каскада в точке покоя. Из сказанного следует, что подавление син­фазных сигналов, а с ним и снижение дрейфа нуля у дифферен­циального каскада тем больше, чем выше крутизна характери­стики усилительных элементов и чем больше величина Rэ.

Увеличить глубину обратной связи повышением крутизны характеристики усилительных элементов не удается, так как для увеличения крутизны нужно увеличивать ток покоя, а это застав­ляет снижать сопротивление резистора Rэпри заданной величи­не допустимого падения на нем напряжения питания. Кроме того, при этом возрастает расход энергии на питание каскада.

Поэтому для повышения глубины обратной связи, улучшаю­щей свойства каскада, следует увеличивать сопротивление резис­тора Rэ. Но его нельзя брать слишком большим, так как через этот резистор проходит ток покоя обоих усилительных элементов и при чрезмерно большом сопротивлении падение напряжения питания не будет недопустимо велико. Так, например, при токе покоя каскада 1 мА и допустимом падении напряжения питания на Rэ5 В сопротивление этого резистора должно быть равно 5:0,001=5000 Ом. При использовании в каскаде биполярных транзисторов и токе каждого из них 0,5 мА значение 5 составит около 0,02 А/В, что даст подавление синфазных сигналов в 1+2*0,02*5000 200 раз, или около 43 дБ, что обычно оказывается недостаточным. При использовании полевых транзисторов, подавление будет значительно меньше, вследствие более низкой, у них, крутизны характеристики.

 

Рис. 2.12.3. Дифференциальные каскады: а — с простейшим стабилизатором тока в цепи эмиттеров; б — с улучшенным ста­билизатором тока, имеющим повышенное сопротивление.

Для увеличения глубины обратной связи при том же падении напряжения питания на Д3 в качестве последнего используют так называемый «электронный резистор» (стабилизатор тока), у ко­торого сопротивление переменной составляющей тока много больше сопротивления постоянному току (рис. 2.12.3а).

 

 

Рис. 2.12.4 Биполярный транзистор в качестве стабилизатора тока.

 

Наилучшим стабилизатором тока является включенный с общим эмиттером биполярный транзистор, обладающий большим выходным сопро­тивлением при наименьшем падении на нем напряжения питания (рис. 2.12.4); пригодны для этой цели также полевой транзистор и пентод. При токе коллектора 1 мА и падении напряжения пита­ния коллектор — эмиттер 5В, сопротивление биполярного транзи­стора постоянному току равно 5000 Ом, а его выходное сопротивление переменной составляющей тока при включении с об­щим эмиттером в этих условиях оказыва­ется порядка 30-50 кОм, т. е. примерно в 10 раз больше, чем для постоянного то­ка. Это дает возможность получить пода­вление синфазных сигналов уже поряд­ка 60 дБ.

Для увеличения выходного сопротив­ления транзистора, используемого в ка­честве стабилизатора тока, в цепь его эмиттера в современных схемах дифференциальных каскадов обычно вводят резистор Rтс небольшим сопротивлением (сотни или тысячи ом), повышающий, вследствие вносимой отрицательной обратной связи по току, выходное сопротивление стабилизирующего тран­зистора до нескольких сотен килоом, а в цепь базы вводят диод, осуществляющий температурную компенсацию (рис. 2.10.7б). Такие каскады дают подавление синфазных помех порядка 80 дБ и более.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В учебном пособии содержатся сведения об
элементной базе устройств полупроводниковой электроники.
Приводится их классификация, вольтамперные и частотные
характеристики, основные схемы включения. Излагаются
основные принципы построения усилительных каскадов на
биполярных и полевых транзисторах. В основу
предлагаемого пособия положен опыт преподавания
дисциплин «Электроника и схемотехника» и «Основы
радиоэлектроники», читаемых в Воронежском

государственном техническом университете.

Изложенный в пособии материал позволяет усвоить основы теории и применения рассматриваемых устройств, выполненных на транзисторах и интегральных микросхемах. Изучение желательно дополнять самостоятельной творческой работой студента, включающей элементы исследования. Последующее изучение других дисциплин, базирующихся на знании аналоговых электронных устройств, а особенно инженерная деятельность, будут требовать постоянного углубления этих знаний. И не только потому, что при прохождении курса изучаются лишь основы, но еще и потому, что теория и техника аналоговых устройств не стоит на месте, а развивается.

 





Дата добавления: 2015-03-29; Просмотров: 436; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2018) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление ip: 54.159.91.117
Генерация страницы за: 0.005 сек.