Підсилювачі постійного струму й операційні підсилювачі
Підсилювачі постійного струму й операційні підсилювачі - раздел Образование, Основи радіоелектроніки
Якщо Миттєві Значення Сигналу Змінюються Дуже Повільно, То Ни...
Якщо миттєві значення сигналу змінюються дуже повільно, то нижня гранична частота смуги пропускання підсилювача має прямувати до нуля. З цією метою каскади підсилювачів з'єднують між собою без роздільних конденсаторів, а в допоміжних колах транзисторів блокувальні конденсатори не застосовують. Такі підсилювачі називають підсилювачами постійного струму. В них треба узгоджувати режими роботи всіх активних елементів в умовах деякої нестабільності характеристик транзисторів, зміни напруг та інших зовнішніх діянь. Наявність багатьох дестабілізуючих факторів спричинює дрейф РТ транзистора, до якого особливо чутливі вхідні каскади підсилювача. Це призводить до того, що через безпосередні зв'язки між каскадами навіть невелика зміна струму в першому каскаді суттєво зміщує РТ транзисторів у наступних каскадах підсилювача.
Найвагоміша складова дрейфу струму транзистора породжується залежністю його статичних характеристик від температури. Отже, однією з проблем побудови ППС є
Рис. 5.19.Принципова схема диференціального ППС (а) та її еквіваленти при
диференціальному (б) і синфазному (в) сигналах
компенсація температурного дрейфу РТ транзистора В першу чергу це стосується диференціальних підсилювачів, елементи яких виконано за загальною технологією на спільній напівпровідниковій пластині Крім компенсації завдяки єдиній структурі та чистоті вихідного матеріалу тут суттєве значення має схема побудови каскаду, яка, як це буде показано нижче, зменшує синфазні завади та дестабілізуючі фактори.
Диференціальним називають такий ППС, що підсилює різницю двох напруг (рис. 5.19, а). В ідеальному випадку схема повністю симетрична При малих вхідних сигналах транзистори працюють у лінійних режимах
Розглянемо коефіцієнт передачі й особливості роботи схеми під дією диференціальної Uд. вх і синфазної Uс. вх вхідних напруг:
(5.26)
Розбиваємо схему (див. рис. 5.19, а) на дві пів-схеми й аналізуємо їхні еквіваленти при диференціальному (рис. 5.19, б) та синфазному (рис. 5.19, в) сигналах.
При диференціальному сигналі (маємо на входах однакові за амплітудою, але протилежні за фазою напруги U1, U2) прирости напруг у точках d1 та d2будуть однаковими і протилежними за знаком, тобто потенціал на лінії d1- d2залишається незмінним і може бути умовно прийнятий за нульовий. Таким чином, аналіз схеми зводиться до розгляду двох однакових незалежних підсилювачів з послідовним негативним 33 за струмом. Коефіцієнт 33 в кожному каскаді
(5.27)
а коефіцієнт підсилення диференціальної напруги
(5.28)
Для синфазного вхідного сигналу U1 -U2потенціали в точках d1та d2однакові, а струм у лінії, що їх з'єднує, дорівнює нулю, тобто аналіз роботи схеми при синфазній напрузі можна провести при розірваній лінії d1 - d2 .Диференціальний підсилювач у цьому разі розпадається на два підсилювачі (рис. 5.19, в) з послідовним 33 за струмом. Коефіцієнт 33 в кожному каскаді
(5.29)
а коефіцієнт підсилення синфазної напруги
(5.30)
Із порівняння (5.29) і (5.30) випливає, що підсилювальні властивості каскаду відносно синфазного та диференціального сигналів суттєво різні. Схема підсилює диференціальні й ослабляє синфазні сигнали. Коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу
(5.31)
Усі завади та дестабілізуючі фактори (в тому числі дрейф РТ) діють на обидва входи схеми однаково, тобто синфазно. Тому завдяки властивостям схеми їхня дія в диференціальному ППС значно послаблюється. Для збільшення коефіцієнта ослаблення синфазного сигналу замість резистора R0 в схему можна ввімкнути стабілізатор струму на транзисторі, внутрішній опір якого практично необмежений.
У практичних схемах напругу джерела живлення та елементи вибирають такими, щоб при U1 = U2= 0 напруга на виході теж дорівнював нулю. Це дає змогу використовувати диференціальні каскади для побудови ППС з дуже великим коефіцієнтом підсилення, з'єднувати безпосередньо кілька таких підсилювачів, тобто диференціальний ППС застосовується як базова схема аналогових мікросхем і, перш за все, мікросхем ОП.
Термін «операційний підсилювач» раніше стосувався конкретного типу підсилювача, що використовувався в аналогових обчислювальних машинах для виконання суто математичних дій (наприклад, додавання, віднімання, диференціювання, інтегрування).
У сучасній технічній термінології під ОП розуміють ППС з великі: коефіцієнтом підсилення (понад 10 000), двома високоомними входами, одним основним низькоомним виходом і кількома проміжними коректувальними виходами.
Ідеальний ОП має забезпечувати:
• лінійне підсилення сигналів без спотворень до деякого досить високого рівня на виході (тобто його динамічний діапазон має бути великій при мінімальних шумах);
• великий початковий коефіцієнт підсилення напруги ();
• великий вхідний опір ();
• малий вихідний опір ();
• рівномірну в досить широкій смузі частот від АЧХ, яка дуже швидко спадає за верхньою граничною частотою;
• дуже малу зміну напруги на виході та коефіцієнта підсилення під впливом дестабілізуючих факторів (зміна температури, напруги живлені тощо).
Реальні інтегральні ОП досить повно відповідають ідеальному ППС Структурно ОП складається з трьох частин:
• одно- або двокаскадного диференціального підсилювача на вход, що забезпечує великий коефіцієнт підсилення напруги і великий вхідний опір при наявності двох входів;
• підсилювача на виході, який забезпечує підсилення потужності й має досить малий вихідний опір (це — найчастіше одно- або двокаскадній емітерний повторювач);
• схеми проміжного узгодження рівнів напруги і компенсації розбалансу, яка забезпечує нульовий рівень сигналу на виході, якщо сигнал на вході відсутній (це дає змогу здійснювати послідовне з'єднання ОП між собою та з іншими пристроями без роздільних конденсаторів, що принципово необхідне для підсилення постійного струму).
Для живлення ОП використовують два послідовно з'єднаних джерел постійного струму з трьома точками приєднання +ЕЖ; 0; -Еж(рівні сигналів на вході й виході відраховують від нульової точки).
У деяких випадках нульову точку створюють штучно за допомогою подільника напруги, тоді живлення ОП здійснюють від одного джерел.
Рис. 5.20. Принципова схема мікросхеми К140УД1А (а) та її умовне графічне
позначення (б)
Завдяки універсальним можливостям ОП стали уніфікованими основними елементами в таких радіоелектронних пристроях:
• пристроях цифрової обчислювальної техніки (цифро-аналогові й аналого-цифрові перетворювачі);
• пристроях джерел живлення радіоапаратури (випрямлячах, стабілізаторах напруги).
Розглянемо найпростіший з універсальних ОП інтегрального виконання на прикладі мікросхеми К140УД1А (рис. 5.20, а). Ця мікросхема, розташована в герметичному метало-скляному дванадцяти-штирковому корпусі, має три каскади підсилення, між другим і третім каскадами знаходиться каскад зсуву рівня сигналу на транзисторі VТ7. На транзисторах VТЗ, VТ6, VТ8 зібрано стабілізатори струму, де VТ6 ввімкнено за діодною схемою, що забезпечує температурну компенсацію зміни напруги UБЕ транзисторів VТЗ та VТ8.
Перший каскад підсилення є симетричним диференціальним підсилювачем на транзисторах VТ1 і VТ2 із живленням емітерного кола через стабілізатор струму на транзисторі VТ3. Каскад має два входи: інвертувальний 9 та неінвертувальний 10. Сигнал можна подавати на один із входів відносно спільної точки схеми (в цьому разі вільний вхід через резистор з'єднують із спільною точкою) або на обидва вхідні виводи.
Другий каскад підсилення — несиметричний диференціальний підсилювач — складається з емітерного повторювача на транзисторі VТ4 і підсилювача на транзисторі VТ5. До емітерного п-р переходу VТ5 підводиться сигнал з колектора VТ1, а з колектора VТ2 він подається через емітерний повторювач VТ4. Підсилений сигнал з колектора транзистора VТЗ спрямовується на вхід емітерного повторювача на транзисторі VТ7. який забезпечує розв'язку між другим каскадом підсилення і вихідним каскадом, знижуючи рівень напруги на виході 5 до нуля за відсутності сигналу. Стабілізований струм колектора транзистора VТ8 проходить по резистору R9 і створює на ньому стабілізований спад напруги, тобто необхідний зсув рівня сигналу на виході 5 відносно виходу 2.
Вихідний каскад підсилювача побудовано за схемою емітерного повторювача на транзисторі VТ9. Резистор R12 в його емітерному колі є частиною емітерного навантаження транзистора VТ8 і збільшує коефіцієнт підсилення струму вихідного каскаду завдяки неглибокому позитивному 33, напруга якого знімається з R12. Це забезпечує додаткове зменшення вихідного опору схеми.
Додаткові виводи 2, 3, 12 використовують для приєднання зовнішніх елементів схеми, що надають ОП необхідних додаткових властивостей.
Умовне позначення розглянутої мікросхеми зображено на рис. 5.20, 6
СПИСОК СКОРОЧЕНЬ
АЛП – арифметико-логічний пристрій
АМ – амплітудна модуляція
АРП – автоматичне регулювання
АХ – амплітудна характеристика
АЦП – а
ПЕРЕДМОВА
Політехнічна і практична спрямованість підготовки майбутніх учителів фізики значною мірою залежить від опанування ними необхідного обсягу знань та практичних умінь стосовно загальнотехнічних дисцип
Сигнали та їхні параметри.
Сигнал — це будь-який фізичний носій інформації, кількісні характеристики змінюються з часом. Це фізичний процес, здатний діяти на органи чуття людини або технічні пристрої (
Сигнали повідомлення
Реальні сигнали повідомлення (наприклад, електричні сигнали мови, музики, зображення) є випадковими неперіодичними функціями часу. Для спрощення аналізу вважаємо їx складними періодичними детерміно
Багатоканальна передача інформації
Розглянуті аналогові і цифрові сигнали повідомлення можуть бути використані для передачі по лінії зв'язку одночасно тільки одного повідомлення. Такий зв'язок називається однокана
Деталі й елементи радіоелектронних кіл
Будь-який складний радіоелектронний пристрій складається з обмеженого набору відносно простих деталей, які при з'єднанні утворюють електричні кола. Електричне коло — це сукупність з'єднаних
Схеми радіоелектронних пристроїв
Для побудови, аналізу й унаочнення радіоелектронних пристроїв користуються різноманітними схемами, найпоширенішими з яких є структурні, функціональні, принципові (повні), монтажні (
Аналіз властивостей радіоелектронних кіл
Існує кілька способів аналізу властивостей радіоелектронних кіл: аналітичні, графічні, графоаналітичні. Залежно від схеми, режиму її роботи, виду сигналу, цілей аналізу вибир
Чотириполюсника
Розглянемо навантажений чотириполюсник (див. рис. 2.6, б), в якому значення струму на виході замінимо за законом Ома . Тоді система рівнянь
Вимірювання основних параметрів чотириполюсників
Усі розглянуті вище характеристики та параметри чотириполюсника можна одержати експериментально прямим вимірюванням й обчисленням.
Для визначення малосигнальних параметрів
Вимірювання основних параметрів чотириполюсників
Усі розглянуті вище характеристики та параметри чотириполюсника можна одержати експериментально прямим вимірюванням й обчисленням.
Для визначення малосигнальних параметрів
Вимірювання основних параметрів чотириполюсників
Усі розглянуті вище характеристики та параметри чотириполюсника можна одержати експериментально прямим вимірюванням й обчисленням.
Для визначення малосигнальних параметрів
Діелектричних матеріалів
Найпоширенішими радіодеталями як у дискретному, так і в інтегральному виконанні є резистори та конденсатори, які виготовляють з різноманітних провідникових матеріалів з використанн
Резистори
За зонною теорією провідності до напівпровідників належать речовини, в яких ширина забороненої зони не перевищує 3 еВ, або такі, питома електропровідність яких лежить у межах від 10
Транзистори
Транзистором називають напівпровідниковий прилад, що має три виводи (електроди) і здатний підсилювати потужність сигналу.
Назва приладу походить як словосполучення від двох англі
Електровакуумні прилади
Найпростіший електровакуумний прилад — діод (рис. 3.22, а) має вигляд балона, тиск повітря в якому не перевищує 10–7…10–8 мм. рт. ст., де знаходя
Чотириполюсники
Розглянуті в п. 3.5 та 3.6 активні елементи радіоелектронних кіл мають різну фізичну природу, будову і принцип дії, але в радіоелектронних пристроях вони виконують одну й ту саму фу
Транзисторів та електронних ламп
Режим роботи транзисторів й електронних ламп забезпечується початковим положенням РТ на їхніх ВАХ, яке визначається значеннями постійних напруг на електродах за відсутності сигналу.
Напівпровідникові інтегральні мікросхеми
Розглянуті радіодеталі – резистори, конденсатори, діоди, транзистори, електровакуумні прилади тощо – складають дискретну елементну 6азу радіоелектроніки. Кожна з цих деталей виготов
Мікроелектроніку
Підвищення рівня інтеграції мікросхем І пов'язане з ним зменшення розмірів елементів мають свої межі. Наприклад, Інтеграція більш як 10е елементів в 1 см3 кристала стає вже ек
Електронно-променеві прилади
Електронно-променевими називають електровакуумні прилади, в яких для перетворення сигналів інформації використовують потік електронів у вигляді гостро сфокусованого променя або пучка пром
Типи електричних фільтрів
Однією з поширених операцій, що виконуються в радіоелектронних колах, є виділення певного сигналу або частини його спектра з сукупності інших сигналів та завад. Для цього використо
Властивості найпростіших RС-елементів
Для виділення сигналів у найпростіших RС-фільтрах використовується залежність реактивного опору конденсатора, а разом із ним і коефіцієнта передачі чотириполюсника, від частоти. Для поліпшен
Вибірні властивості коливального контуру
Резонансні фільтри, або -фільтри, складають з коливальних контурів, тобто з каскадно з’єднаних реактивних елементів різного виду. В них заб
Загальна структура і типи підсилювачів
Підсилення — це найпростіший і базовий вид будь-яких перетворень електричних сигналів. Навіть у тих випадках, коли для виконання основної функції (наприклад, перетворення спектрів сигналів) досить
Каскаду
Для підсилення широкосмугових сигналів найчастіше застосовуються аперіодичні підсилювачі. Вони ж є основою для створення підсилювальних мікросхем і вибірних підсилювачів, побудованих на
Каскаду
Для підсилення широкосмугових сигналів найчастіше застосовуються аперіодичні підсилювачі. Вони ж є основою для створення підсилювальних мікросхем і вибірних підсилювачів, побудованих на
Резонансні підсилювачі
Ці підсилювачі найчастіше використовуються для виділення та підсилення радіочастотних сигналів. Це — суто вузькосмугові вибірні підсилювачі, основними параметрами яких є максимальний коефіцієнт під
Підсилювачі потужності
Ці підсилювачі призначені для забезпечення потрібної потужності сигналу на опорі навантаження при мінімальному значенні коефіцієнта нелінійних спотворень і максимальному ККД. Підсил
Загальна структура і типи перетворювачів сигналів
Перетворення електричних сигналів поряд з їх виділенням та підсиленням є однією з основних функцій радіоелектроніки. Існує два виду перетворення сигналів: логічне перетворенн
Модуляція і схеми модуляторів
Модуляція — це процес, завдяки якому з використанням допоміжного коливання спектр керувального сигналу переноситься до ділянки вищих частот із метою здійснення багатоканальної передачі інфор
Демодуляція і схеми детекторів
За визначенням демодуляція (детектування) сигналу — це процес, зворотний його модуляції. Згідно з п. 6.1 детектування може відбуватися як у параметричних (синхронне детектува
Перетворення і множення частоти
Перетворення частоти — це лінійне перенесення спектра радіосигналу з однієї області частот в іншу, як правило, більш низькочастотну. При цьому форма обвідної модульованого сигналу та його
Загальна структура і типи генераторів
Генератори електричних коливань перетворюють енергію джерела живлення на енергію змінного струму, частота якого визначається параметрами коливальної системи. Існують різні способи г
Автогенератори з коливальним контуром
Автогенератор із коливальним контуром — це резонансний підсилювач з колом 33, побудований за трансформаторною, автотрансформаторною або ємнісною схемами. Підсилювач може бути
Підсилювачах
Застосування автогенераторів з коливальним контуром має обмеження як при надвисоких частотах, так і при низьких. із зростанням частоти розміри коливальної системи зменшуються настіл
Генератори релаксаційних коливань
Генераторами релаксаційних коливань називають такі джерела періодичних імпульсних сигналів, в основі роботи яких лежить періодичне накопичення енергії від джерела постійного струму в ємно
Тригери
Тригером називають пристрій, що має два стійких стани рівноваги і здатний стрибком переходити з одного стану стійкої рівноваги в інший під дією зовнішнього (керувального) сигналу запуску.
Використовуваних радіочастот
Першим технічним застосуванням радіоелектроніки було передавання інформації на відстань за допомогою електромагнітних хвиль, або радіохвиль. Для його здійснення треба, утворити кана
Радіопередавачів
Структурні схеми радіопередавачів, їхні конструкції та принципові схеми значною мірою визначаються основними технічними показниками: призначенням і місцем експлуатації; потужністю сигналу в антені
Радіоприймачів
Усі радіоприймачі можна поділити на дві великі групи: побутові та професійні. Перші призначені для приймання програм радіомовлення і телебачення. Ними користується нас
Особливості побудови деяких елементів радіоприймачів
Ці особливості пов'язані з широкодіапазонністю радіоприймачів як за частотою, так i за динамічністю сигналів на вході. Висока якість приймання потребує в цих умовах зберіганн
Принципи телебачення
Сукупністъ оптичних, електронних i радіотехнічних пристроїв, за допомогою яких зображення перетворюєься на електричні сигнали, після чого вони передаються на відстань, синтезуються
Структурні схеми монохромних телевізорів
За принципом дії телевізійні приймачі можуть бути прямого підсилення i супергетеродинні. Вони можуть бути побудовані за дво- або одноканальною схемою. Із збільшенням кількості телев
Принципи радіолокації
Радіолокація — це галузь радіоелектроніки, за допомогою якої при використанні електромагнітного випромінювання виявляють, визначають місцеположення у просторі, напрямок i швидкістъ руху (
Радіолокація неперервним сигналом
Найперші РЛС були саме доплерівськими станціями неперервного випромінювання. Спрощену структурну схему такої станції показано на рис. 10.2. Станція складається з генератора високоча
Радіолокація імпульсним сигналом
На рис. 10.4 зображено спрощену структурну схему імпульсної РЛС. Її роботою керує генератор синхроімпульсів ГСІ. Від його дуже коротких імпульсів у вcix блоках РЛС починається відлі
Конструктивні особливості окремих елементів РЛС
Виявлення та визначення координат i параметрів руху об'єктів у просторі за допомогою електромагнітних хвиль — досить складна суперечлива технічна проблема, однією з основних умов ус
Оброблення цифрової інформації
Електронні обчислювальні машини (комп'ютери) — це засоби перетворення інформації, які є програмованими автоматами.
Існують машини для оброблення інформації в аналоговій формі та
Апаратні засоби ЕОМ
Будь-яка ЕОМ складається з електронних операційних пристроїв, що виконують операції, задані програмою, і генерують, транспортують та перетворюють електричні імпульси, якими позначен
Комп’ютерні мережі
З'єднання кількох комп’ютерів у систему значно розширює можливості користувачів. Для організації комп’ютерної мережі в кожному комп’ютері встановлюється спеціальна плата — мережний адаптер. У мереж
Основні типи комп’ютерів
Практично всі типи ЕОМ побудовано за принципами і схемою, розглянутими вище. Проте залежно від конкретних сфер застосування вони різняться кількісними характеристиками, структурою а
Основні операційні елементи обчислювальної техніки
Як зазначено при розгляді апаратних засобів обчислювальних систем, оброблення цифрової інформації полягає у виконанні елементарних операцій з електричними імпульсами, що відтворюють
Питания радіоелектроніки в курсі фізики i спецкурсах
Вивченню питань радіоелектроніки в структурі базового курсу фізики приділяється значна увага. В шести великих розділах завершального ступеня навчання i майже десяти лабораторних роб
Радіоелектроніка у кабінеті фізики i засобах навчання
Кабінет фізики сучасної загальноосвітньої школи досить насичений радіоелектронною апаратурою та обладнанням. Його можна поділити на такі основні групи: навчальні моделі для вивчення
Радіоелектроніка в позакласній роботі
Через те, що радіоелектроніка оточує нас у повсякденному житті, завдяки багатьом своїм загадковим явищам та ефектам i різноманітності застосування вона викликае жвавий інтерес навит
Елементи радіоелектроніки в технічній творчості школярів
Однією з найбільш гнучких та ефективних форм опанування теоретичних знань радіоелектроніки i набуття практичних навичок школярами є фізико-технічний гурток або факультатив, що пєедн
ТА РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1.Алгинин Б. Е. Кружок электронной автоматики.— М.: Просвещение, 1990. —192 с.
2.Бобровников Л. 3. Радиотехника и электроника. — М.: Недра,
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
(5.26)
(5.27)
(5.28)
(5.29)
(5.30)
(5.31)
);
);
);
АЧХ, яка дуже швидко спадає за верхньою граничною частотою;
Новости и инфо для студентов