Автогенератор – это хороший усилитель + ПОС с частотно зависимыми элементами

Для ООС (отрицательная обратная связь) в формуле (3) оставляем знак «+», т.к. ООС уменьшает коэффициент усиления.

K_{U OC} =K_U/(1+β·K_U), если β·K_U >> 1, то K_{U OC} ≈ K_U/β·K_U ≈ 1/β.

Следовательно, основной параметр схемы K_{U OC} определяют элементы звена обратной связи, значит, стабильность работы усилителя схемы определяет эти элементы.

ООС обеспечивает:

1) Во сколько раз снижается Ku, во столько же раз уменьшаются уровни помех и искажений;

2) Стабилизируется работа схемы;

3) Выравнивается АЧХ и расширяется диапазон усиливаемых частот.

4) ООС позволяет задать любой К_{U ос} в пределах заданного К_U.

Рис.24

ООС обязательно применяется в современных усилителях.

Тема 5.5 Усилители синусоидальных сигналов.

1. Каскады предварительного усиления. Эмиттерный повторитель.

1.1 Усилитель на полевом транзисторе.

2. Выходные каскады

2.1 Выходные каскады с трансформаторным включением нагрузки.

2.2 Безтрансформаторные выходные каскады.

1. Каскады предварительного усиления – это входные каскады усилителей.

Требования:

1) Min уровень искажений;

2) Согласовать источник U_вх и основные каскады усилителя между собой.

КПД каскадов предварительного усиления заметно на КПД усилителя не сказывается из-за малых токов.

Чтобы выполнять эти требования в каскадах предварительного усиления создают
режим А.

Для согласования R_{ист Uвх} с усилителем достаточно выбрать каскад предварительного усиления с большим R_вх., чтобы выполнить условие R_вх>> R_{ист Uвх}.

Например, схема с ОЭ: R_вх до единиц кОМ; схема с ОК: R_вх до десятков кОм; схема на полевых транзисторах: R_вх до сотен кОм.

Схема с общим коллектором.

Рис.25

Признак схемы:

Нагрузка подключается к эмиттеру.

Свойства:

1) U_вых≈U_вх – поэтому схемы с ОК называют эмиттерный повторитель.

2) U_вых совпадает по фазе с U_вх

3) Наибольшее R_вх для схем на БТ

4) Наибольший K_I по току.

Усилитель на полевом транзисторе.

i_и

I_{и А}

+E _C

Рис.26

R_c подобное R_к в биполярных схемах:

1) ограничивает ток стока;

2) образует делитель напряжения с транзистором.

R_з выполняет две функции:

1) замыкает затвор на общую точку, следовательно, при U_вх = 0 потенциал затвора
φ_з = 0

2) Rз является нагрузкой для U_вх, поэтому R_з выбирают от сотен кОм, до единиц МОм, сравнимо с обратно включенным p-n переходом З-И.

R_и обеспечивает режим работы транзистора, т.к. при U_вх=0 в R_и проходит ток I_иА, поэтому φ_и= I_иА· R_и, значит U_зиА = φ_и – φ_з = I_иА * R_и – это напряжение определяет все токи транзистора, а значит и режим работы транзистора.

C_и пропускает переменную составляющую тока истока (i_и), если X_Cи << R_и. Поэтому режим работы транзистора не будет зависеть от входного сигнала.

2. Выходные каскады.

Выходные каскады – это как правило усилители мощности.

В выходных каскадах как правило проходят большие токи, поэтому КПД выходного каскада определяет КПД усилителя. Для выходных каскадов также необходимо выполнить требования – как можно меньшие искажения сигнала.

Выполнение этих требований возможно в схемах:

1) Усилители с трансформаторным включением нагрузки в режиме А.

2) В двухтактных схемах с трансформаторным включением нагрузки в режиме А-В близком к В.

3) В двухтактных схемах с безтрансформаторным включением нагрузки в режиме А-В близком к В.

Двухтактная схема выходного каскада с трансформаторным включением нагрузки.

I_К1

I_К2

-

Рис.28

+

Тр1 из U_вх формирует два напряжения U_бэ1 и U_бэ2 на базах транзисторов всегда противоположные по знаку, т.е. Тр1 переворачивает фазу одного напряжения относительно другого на 180^о – фазовращатель. Поэтому VT1 и VT2 работают поочередно. Например, в первую половину периода Uвх (рис.1)считаем в точке а “+”, значит в точке с “–“, поэтому VT1 закрыт, VT2 открыт. В цепи проходит ток I_к2.(рис. 2)

Во вторую половину периода в точке а “–”, значит в точке с “+“, значит VT1 открыт, VT2закрыт. В цепи проходит ток I_к1.(рис. 3).

I_к1 и I_к2 через Тр2 поочередно в нагрузке формируют напряжение подобное входному.

Искажения сигнала минимальны.

R₁ и R₂ – делитель напряжения, определяющей режим работы АВ, близкий к В, что обеспечивает достаточно большой КПД.

Преимущества двухтактной схемы:

1) малое искажение при большом КПД за счет режима АВ близкого к В.

2) Увеличиваются пределы изменения тока коллектора (I_нагр) в 2 раза, по сравнению с однотактной схемой.

3) В данной схеме реализуются все преимущества трансформаторного включения нагрузки (см. «Трансформаторная связь»)

Безтрансформаторные выходные каскады

Схема двухтактного выходного каскада с безтрансформаторным

включением нагрузки.

гр.1

Гр3

Гр2

Рис 4

I^-

I⁺

Рис.30

Схема двуполярного питания

Транзисторы разного типа (VT1 – n-p-n; VT2 – p-n-p) поэтому при подаче синусоидального сигнала (гр1) на вход, транзисторы будут работать поочередно и ток в нагрузке будет тоже синусоидальным (гр2 и гр3), т.е. в схеме с разного типа транзисторами не нужен фазовращатель. Такие схемы выполняют на комплиментарных транзисторах – транзисторы одинаковые по параметрам, но разные по проводимости.

Например: КТ502, КТ503; КТ814, КТ815; КТ818, КТ819.

Двухтактные схемы на комплементарных транзисторах имеют, как правило, двуполярное питание (см. рис.4)

Преимущества двухтактной схемы:

1. Малые искажения при большом КПД за счет режима В и двух транзисторов;

2. Увеличивается предел изменения тока коллектора (нагрузки) в 2 раза;

3. Увеличивается нагрузочная способность по току, т. к. пока транзистор закрыт, он остывает;

Двухтактная схема это два эмиттерных повторителя включенных параллельно.

Тема 5.6 Усилители постоянного тока (УПТ)

1. Особенности УПТ – см. «Тема 5.3»

2. Балансная схема УПТ.

3. Дифференциальный усилитель (ДУ).

4. Операционный усилитель (ОУ).

2. Балансная схема УПТ - мостовая схема УПТ.

-

+

Рис.31

Пример мостовой схемы:

G

Рис.32

Мост считается сбалансированным, если потенциалы в точке a и b равны. Это наблюдается при определенном соотношении R1, R2, R3, R4.

В балансной схеме УПТ мост образован: Rк1, Rк2, VT1, VT2. Одноименные элементы схемы выбираются одинаковые.

За счет R0 осуществляется предварительная балансировка моста, т.е. при Uвх = 0, Uвых = 0.

В данной схеме не возможен дрейф 0, поскольку причины, вызывающие дрейф 0 не могут разбалансировать мост. Например, изменение температуры действует на оба транзистора одновременно и одинаково, поэтому мост не разбалансируется.

При U_вх≠ 0 мост рабалансируется Þ U_вых ≠ 0 и соответствует U_вх.

Для примера полярности U_вх. на рисунке, U_вых имеет противоположную полярность (фазу), т. к. при этом VT1 приоткрываетсяÞU_кэ1¯, VT2 прикрываетсяÞ U_кэ2­.

3. Дифференциальный усилитель (ДУ) на БТ – это балансный УПТ имеющий источник стабильного тока в цепи эмиттеров (I₀ – const)

I₀ – const в данной схеме обеспечивается гигантским R₃ и Е₁.

I₀ – const

I_вх

+

Е1

Рис.33

Как и при анализе операционного усилителя, при рассмотрении дифференциального усилителя широ­ко используют дифференциальное входное напряжение U_вх.диф и синфазное входное напряжение U_{вх.синф}. Эти понятия при обращении к операционному усилителю ис­пользуют потому, что в качестве его входного каскада при­меняется дифференциальный усилитель. Дифференциаль­ное входное напряжение определяется выражением: U_вх.диф = U_вх2-U_вх1

Пусть U_вх.диф = 0. тогда U_{вх.синф}=U_вх1=U_вх2. Напря­жение U_{вых.диф} называют выходным дифференциальным сигналом, причем U_{вых.диф} = U_к1-U_к2.

Основная идея, реализованная в дифференциальном каскаде, как это было показано выше, состоит в исполь­зовании в одном целом двух совершенно одинаковых по­ловин. Эта идея достаточно часто применяется в электро­нике.

Использование двух одинаковых половик приводит к тому, что выходное напряжение U_{вых.диф} очень слабо за­висит от входного синфазного напряжения и практически определяется только напряжением U_вх.диф. Усилитель называют дифференциальным потому, что U_{вых.диф} пропор­ционально напряжению U_вх.диф (пропорционально разно­сти напряжений U_вх1 и U_вх2). Другие дестабилизирующие факторы, кроме синфазного напряжения, также оказыва­ют слабое влияние на величину U_{вых.диф.}

Рассмотрим кратко процессы, происходящие в усили­теле при поступлении на его вход положительного сигна­ла U_вх.диф.. При увеличении этого сигнала, во-первых, уве­личиваются ток базы и ток коллектора транзистора VT2. Это приводит к увеличению напряжения U_Rк2, и уменьшению напряжения U_к2. Во-вторых, уменьшаются ток базы и ток коллектора транзистора VТ1. Это приводит к уменьшению напряжения U_Rк1 и увеличению напряжения U_к1. В ре­зультате напряжение U_{вых.диф} увеличивается. Если напря­жение U_{вых.диф} чрезмерно велико, то транзистор VT2 может войти в режим насыщения, а транзистор VТ1 в состояние отсечки. При отрицательном напряжении U_вх.диф транзи­сторы меняются ролями.

Проведем количественный анализ ДУ. Пусть U_диф = 0 и установлен фиксированный ток I₀. Обозначим через β_ст1 и β_ст2 стати­ческие коэффициенты передачи тока базы, а через β₁ и β₂ динамические коэффициенты соответственно для транзи­сторов VT1 и VT2. Если β_ст1 = β_ст2 = β_ст , β₁ = β₂ = β, тогда в начальном режиме I_б1 = I_б2 = I₀/(2·(1+ β_ст))≈ I₀/(2·β_ст); I_к1 = I_к2 ≈ I₀/2

Допустим, R_к1 = R_к2 = R_к, тогда U_к1 = U_к2 = Е - I₀/2 · R_к

В частности, если I₀=Е_к/R_к, то U_к1 = U_к2 = Е_к/2

Такой начальный режим работы обеспечивает макси­мально возможный диапазон изменения напряжений U_к1, U_к2 и U_{вых.диф} (-Е_к….+Е_к)

Определим коэффициент усиления по напряжению для дифференциального сигнала К_диф

К_диф = U_{вых.диф} / U_вх.диф = (β·R_к)/((β+1)·r_э≈R_к/r_э

U_вх.диф = 2·(β+1)·r_э·|_ΔI_б|

U_вх.диф = |_ΔI_б|·β·R_к·2

Как известно, при увеличении начального тока в цепи эмиттера величина r_э уменьшается, а при уменьшении увеличивается. Поэтому при увеличении тока I₀ коэффи­циент К_диф увеличивается. Это позволяет изменять коэффициент усиления, изменяя начальный режим работы уси­лителя.

4. см.дисциплину «Импульсная техника»

5.

Раздел №2 Микроэлектроника

Тема 2.1 Основные понятия и принципы создания микросхем.

1. Классификация и маркировка микросхем.

2. Особенности изготовления биполярных и полевых интегральных микросхем.

3. Общая характеристика БИС (больших интегральных микросхем) СБИС (сверх БИС). Особенности технологий.

Микроэлектроника – это наука и область электроники, которая осваивает вопросы исследования, конструирования, изготовления, применения микроэлектронных устройств.

Существуют два направления развития микроэлектроники:

1) Интегральная микроэлектроника – рассматривает электронные устройства как совокупность интегральных микросхем, состоящих из отдельных элементов, соединенных по заданной схеме.

2) Функциональная микроэлектроника основана на использовании физических явлений обеспечивающих несхематические принципы работы приборов и устройств.

Дата добавления: 2014-01-05