Перемножители с переменной крутизной - Конспект Лекций, раздел Приборостроение, Аналоговые электронные устройства Идея Этого Метода Проста: Один Сигнал Изменяет Крутизну Активного Элемента, К...
Идея этого метода проста: один сигнал изменяет крутизну активного элемента, который усиливает другой входной сигнал. В результате выходное напряжение схемы будет пропорционально произведению входных сигналов. Этот метод основан на использовании экспоненциальной зависимости тока через p-n переход от напряжения.
Рассмотрим работу и оценим основные параметры ПН, построенного на дифференциальном каскаде (рис. 6.3), которые реализует этот метод.
где Iэбо – начальный ток эмиттерного перехода, jк=kT/q– температурный потенциал. При t=.250C, jк=25,69мB Если exp(Uбэ/jк)>>1, то крутизна этих транзисторов g.21=dIЭ/dUэб»IЭ/jк Приидеальном согласовании параметров транзисторов VT1 и VT2 имеем:
Переходя от эмиттерных токов к коллекторным , находим разность коллекторных напряжений этиx транзисторов DUк=DIк1R3 -DIк2 R3=(Iу/2jк) R3Ux
Учитывая, что , получим
.
Напряжение усиливается дифференциальным усилителем, построенным на ОУ. Поэтому
. (6.3)
Данная схема обладает существенными недостатками.
1. Выходное напряжение зависит от – параметра с низкой температурной стабильностью.
2. Уже при Ux > 10 мВ начинает сказываться нелинейная зависимость (6.2), что приводит к возникновению существенных нелинейных искажений и к ограничению динамического диапазона ПН.
Для решения проблемы температурной стабилизации и нелинейных искажений было предложено простое и эффективное решение (рис. 6.4). В этой схеме для компенсации экспоненциальной зависимости эмиттерных токов транзисторов VT1 и VT2 от напряжения Uбэ (6.2) используются логарифмические свойства диодов VD1 и VD2 (или транзисторов в диодном включении). Из рис. 6.4 следует, что
,
или . (6.4)
Но , (6.5)
, (6.6)
где Iдo – начальный ток через диод. Подставляя (6.5) и (6.6) в (6.4), получим
.
Если транзисторы и диоды образуют со-гласованные пары, т.е. Iд01 = Iд02 и Iэб01 = Iэб02, то ln(Iд1/ Iд2)= ln(Iк1/ Iк2). Значит:
Iд1/ Iд2= Iк1/ Iк2 (6.7)
Таким образом, отношение выходных токов прямо пропорционально отношению входных токов независимо от температуры или величины этих токов. Другими словами, данная схема (с учетом сделанных допущений) является линейной и обладает идеальной температурной стабильностью.
Если сигнал на входе X есть разность токов диодов VD1 и VD2 (рис. 6.4), а выходной сигнал – разность коллекторных токов транзисторов VT1 и VT2, то можно показать, что при
(6.8)
Из (6.8) следует, что ток Iх, т.е. ток, протекающий через диоды VD1 и VD2 при отсутствии напряжения на входе X, является для двухквадрантного ПН (двухполярный вход X и однополярный вход Y) масщтабным коэффициентом.
Данная схема обладает рядом преимуществ по сравнению с ПН на обычном дифференциальном усилителе (рис. 6.3).
1.Имеет более широкую полосу пропускания (1-10 МГц).
2.Обладает лучшей линейностью (более широким динамическим диапазоном). Сигнал по входу X можно варьировать в пределах , сохраняя линейность ПН.
3.Имеет более высокую температурную стабильность, так как согласно (6.8) связь между сигналами на входе и выходе не зависит от температуры. В практических схемах эта зависимость существует (за счет, например, температурных изменений h21). Однако, если в схеме на рис. 6.3 масштабный коэффициент меняется на 0,3% на С, то в данной схеме на порядок меньше (около ).
В силу перечисленных достоинств линеаризированная усилительная схема (рис. 6.4) стала применяться в качестве функционального узла в ПН широкого применения.
Чтобы на базе этой схемы создать ПН, необходимо кроме УИТ по входу Y следует предусмотреть УИТ и по входу X, т.е.
. (6.9)
Таким образом, для получения линейной зависимости Uвых от Uх необходимо предварительно напряжение Ux преобразовать в ток, а затем этот ток прологарифмировать с помощью диодов VD1 и VD2. В результате будем иметь логарифмическую зависимость входного напряжения дифференциального усилителя от Ux и линейную зависимость Uвых от Uх.
Учитывая (6.8) и (6.9), получим
,
. (6.10)
Масштабный коэффициент ПН k устанавливается заданием величины которая имеет необходимую размерность (В-1).
Рассмотрим принцип действия и особенности схемного решения реального двухквадрантногоПН с переменной крутизной (рис. 6.5). В основу этой схемы положена линеаризированная усилительная схема (рис. 6.4). Дифференциальный усилитель реализован на транзисторах VT1 и VT2. Роль диодов VD1 и VD2 (рис. 6.4) в этой схеме играют транзисторы VT3, VT4 в диодномвключении. УИТ по входу Y выполнен на ОУ A1, охваченном с помощью элементов R2 и VT5 параллельной ООС по току. Благодаря чему расширяется диапазон линейной зависимости тока Iу от напряжения Uу вплоть до Uу = 0. Если у VT5 h21 >> 1, то Iу=Uу/R5, т.е. 1/R5.
УИТ по входу X реализован на дифференциальной паре VT6, VT7, стабильность их режима работы по постоянному току обеспечивается транзисторами VT8 и VT9.
Если Uу = 0, то VT5 заперт и выход практически отсоединен от входа X, ослабление сигнала по этому входу не хуже 80 дБ. Однако, при уменьшении сигналаUупадают токи транзисторов VT1, VT2 , что приводит к сужению полосы пропускания схемы.
АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА. ЧАСТЬ II. Конспект лекций для студентов специальности “Радиотехника” всех форм обучения...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Перемножители с переменной крутизной
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Влияние ОС на передаточные свойства
устройства
Основное назначение ОС – передача сигнала с выхода устройства на его вход. Кроме того, существует и побочное (как правило нежелательное) влияние ОС на параметры и характ
Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления
Влияние ОС на входное сопротивление зависит от знака, глубины и способа подачи ОС на вход устройства и не зависит от способа снятия ОС с его выхода.
Для получения количественных со
Влияние обратной связи на стабильность коэффициента передачи
В рабочих условиях коэффициент передачи любого устройства не остается постоянной величиной, так как на него воздействуют такие дестабилизирующие факторы как изменение напряжения питания, колебания
Влияние обратной связи на внутренние помехи
Внутренние помехи усилителя ограничивают тот минимальный сигнал, который может быть усилен усилителем без заметных искажений, т.е. ухудшают чувствительность усилителя.
Введение ООС привод
Влияние обратной связи на нелинейные искажения
Введение ООС позволяет уменьшить нелинейные искажения, возникающие в усилителе. Физически это можно объяснить тем, что посторонние составляющие выходного напряжения или тока – гармоники и комбинаци
Устойчивость устройств с обратной связью
Как уже отмечалось в разд.1.1 ООС широко используется в АЭУ для улучшения параметров и характеристик этих устройств. Из-за фазовых сдвигов, вносимых устройством и ЦОС ООС может оказаться положитель
Режим В
Режимом В называют такой режим, при котором ток в выходной цепи УЭ существует в течение половины периода сигнала.
Режим С
В режиме С, так же как в режиме В, УЭ работает с отсечкой выходного тока. Причем угол отсечки q < p/2. Для этого рабочая точка должна располагаться левее точки пересечения спря
Режим D
В режиме D УЭ работает как электронный ключ, т.е. УЭ или закрыт, или открыт. В первом случае через УЭ протекает незначительный ток, а во втором мало падение напряжения на нем. Поэтому и
Температурная нестабильность режима полевого транзистора
Как у всех приборов, построенных на основе полупроводниковых структур, свойства полевого транзистора (ПТ), а значит и его режим работы зависит от температуры.
С увеличением температуры ум
Методы стабилизации
Существуют два метода стабилизации режима работы УЭ:
- параметрический (компенсация температурных изменений);
- автоматический (при помощи ООС).
В первом
Схема эмиттерной стабилизации
Схема эмиттерной стабилизации (рис.2.10) является самой распространенной схемой. Стабилизация осуществляется за счет последовательной ООС по току, возникающей из-за наличия в схеме резистора
Схемы истоковой стабилизации
Эти схемы (рис.2.13) обладают лучшей стабильностью, чем цепи на рис. 2.12, так как за счет
Генераторы стабильного тока
Рассмотренные в предыдущих разделах автоматические способы стабилизации режима в аналоговых интегральных микросхемах (ИМС) не желательны, так как они требуют применение высокоомных резисторов, зани
Особенности каскадов предварительного усиления
Назначение каскадов предварительного усиления (КПУ) – повышение уровня входного сигнала до значения, при котором обеспечивается нормальное возбуждение мощного выходного каскада. Поэтому
Принципиальная и эквивалентная схемы
Достоинством резисторного каскада кроме простоты и малых размеров, является способность создавать равномерное усиление в широкой полосе частот и нечувствительность к воздействию переменных магнитны
Область средних частот
Для любого линейного четырёхполюсника коэффициент передачи по напряжению (табл. 4.1 в [1])
Область верхних частот и малых времен
Эквивалентная схема каскада для этого диапазона частот (времен) приведена на рис. 3.3, в.
Подставляя (3.2) в (3.1) и учитывая, что
Схема эмиттерной высокочастотной коррекции
Схема такой ВЧ коррекции приведена на рис. 3.13. Здесь RКОР, СКОР – корректирующие элементы, RЭ, СЭ – элементы схемы эмиттерн
Схема низкочастотной коррекции
НЧ коррекция чаще всего осуществляется постановкой RФCФ - фильтра в цепь питания (рис. 3.19).
АЧХ для разных значений СФ изображены на рис.
Принцип действия
Пусть на вход ДК, симметрично относительно оси А-А¢ (рис. 3.22), поступают синфазные сигналы (СС), т.е. сигналы, амплитуды и фазы которых совпадают.
Параметры дифференциального каскада
Входное сопротивление для ДС (RВХ) – это сопротивление между полюсами 1–0 (рис. 3.24). Со стороны источника сигнала VT1 включён по схеме ОК с нагрузкой
Усилительные каскады с
динамическими нагрузками
Повышение коэффициента усиления любого кас
Устойчивость многокаскадного усилителя постоянного тока
Пусть многокаскадный УПТ на нулевой частоте охвачен частотно-независимой (В=const) ООС. За счет дополнительных фазовых сдвигов в области верхних частот ООС переходит в положительную и при возвра
Влияние емкости нагрузки и входной емкости на устойчивость ОУ
Пусть ОУ без ОС является системой первого порядка, т.е. его АЧХ не имеет изломов и спадает со скоростью –20дБ/дек. Если ОС частотно-независимая, то порядок возвратного отношения также будет первым
Инвертирующий усилитель
Инвертирующий усилитель (ИУ) – это усилитель, обладающий стабильным (наперёд заданным) коэффициентом усиления с разностью фаз между входным и выходным сигналами 180°.
ИУ является о
Неинвертирующий усилитель
Неинвертирующий усилитель (НУ) – это усилитель, обладающий стабильным коэффициентом усиления при нулевой разности фаз между входными и выходными сигналами.
Суммирующий усилитель
Суммирующий усилитель (сумматор) суммирует сигналы, подаваемые на вход.
Сумматор представляет собой расширение инвертора напряжения путём подключения к инвертирующему входу ОУ допо
Дифференциальный усилитель
Дифференциальный усилитель (ДУ) предназначен для усиления разности двух входных напряжений (рис. 5.9).
Стабилизация коэффициентов усиления ДУ так же, как и для инвертир
Дифференциатор
Дифференциатор (ДФ) – это устройство, у которого выходной сигнал пропорционален производной по времени от входного сигнала
Логарифмирующие и антилогарифмирующие усилители
Логарифмирующий усилитель (ЛУ) – это устройство, у которого выходная переменная, например напряжения, пропорциональна логарифму входной переменной.
ЛУ используются при сжатии (
Назначение, параметры
Компараторы являются простейшими аналого-цифровыми преобразователями (АЦП), т.е. устройствами, преобразующими непрерывный сигнал в дискретный.Они предназначены для сравнения входного сиг
Особенности применения полупроводниковых компараторов
Компараторы, получившие наибольшее распространение, можно разделить на четыре группы: общего применения (К521СА2, К521СА5) , прецизионные (К521СА3, К597СА3), быстродействующие (К597СА1, К597СА2) и
Специализированные компараторы на операционных усилителях
При сравнении низкочастотных сигналов с высокой точностью (десятки микровольт) при минимальной потребляемой мощности использование компараторов на базе ОУ часто оказывается более предпочтительное,
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
, (6.2)
, находим разность коллекторных напряжений этиx транзисторов DUк=DIк1R3 -DIк2 R3=(Iу/2jк) R3Ux
, получим
.
усиливается дифференциальным усилителем, построенным на ОУ. Поэтому
. (6.3)
– параметра с низкой температурной стабильностью.
(6.2), что приводит к возникновению существенных нелинейных искажений и к ограничению динамического диапазона ПН.
Для решения проблемы температурной стабилизации и нелинейных искажений было предложено простое и эффективное решение (рис. 6.4). В этой схеме для компенсации экспоненциальной зависимости эмиттерных токов транзисторов VT1 и VT2 от напряжения Uбэ (6.2) используются логарифмические свойства диодов VD1 и VD2 (или транзисторов в диодном включении). Из рис. 6.4 следует, что
,
. (6.4)
, (6.5)
, (6.6)
.
токов диодов VD1 и VD2 (рис. 6.4), а выходной сигнал – разность 
коллекторных токов транзисторов VT1 и VT2, то можно показать, что при 
(6.8)
, сохраняя линейность ПН.
С, то в данной схеме на порядок меньше (около 
).
. (6.9)
,
. (6.10)
которая имеет необходимую размерность (В-1).
1/R5.
Новости и инфо для студентов