мплитудная характеристика операционного усилителя

в) смешанная (комбинированная) обратная связь

Виды обратных связей

· Т

Обратной связью называется воздействие выходного сигнала усилителя на его вход.

Существует отрицательная обратная связь (ООС) и положительная (ПОC).
При ООС напряжение обратной связи вводится на вход усилителя в противофазе со входным напряжением, а при ПОС – в фазе с ним.
Введем следующие величины и параметры, характеризующие усилитель с обратной связью (ОС):
– коэффициент усиления по напряжению усилителя без цепи ОС.
– коэффициент обратной передачи напряжения или возвратное отношение.
– петлевой коэффициент усиления; (фактор ОС).
– глубина ОС.
– часть выходного напряжения, вводимого цепью ОС на вход усилителя.
– входное напряжение усилителя с цепью ОС.

Усилитель с цепью ОС усиливает сигнал Uвхос, равный сумме входного Uвх и добавленного цепью ОС Uв:

.

Тогда коэффициент усиления усилителя с цепью ОС.

, (54)

где , т. е.

Анализируя (54), легко понять, что выражение характеризует ПОС, при которой Кос > K. Напротив, при ООС Kос > K, а формула (54) приобретает вид (55):

(55)

тогда .

Заметим, что при ПОС приводит к самовозбуждению усилителя, превращая его в генератор колебаний, так как в этом случае (см. формулу 54).

В зависимости от способа подачи сигнала обратной связи на вход усилителя применяются следующие виды ОС:
1. Непосредственная параллельная и последовательная ПОС, превращая усилитель в двухполюсник.
2. Параллельная и последовательная ООС по напряжению.
3. Параллельная и последовательная ООС по току.

Можно показать, что обе ООС по напряжению уменьшает выходное сопротивление усилителя, а ООС по току – его увеличивает.
Что касается входного сопротивления, то обе параллельные ООС его уменьшают, а последовательные – увеличивают.

(56)

где и т.д. – параллельные соединения соответствующих резисторов.

Наибольшее применение в усилительной технике находит ООС (по сравнению с ПОС), действие которой сводится к следующему:
1. Уменьшается общий коэффициент усиления Koc усилителя;
2. Повышается стабильность усиления при изменении температуры и режима транзистора;
3. Снижается уровень нелинейных искажений;
4. Изменяются входные и выходные сопротивления.

14),15),16)

Рис. 1. Схемы усилителей с различными видами цепей обратной связи: а — последовательная обратная связь по току; б — последовательная обратная связь по напряжению; в — параллельная обратная связь по току; г — параллельная обратная связь по напряжению. 1 — усилитель электрических колебаний; 2 — цепь обратной связи (стрелкой показано направление распространения сигнала по цепи обратной связи от её входных зажимов к выходным): Z_ист — полное сопротивление источника сигнала Е_ист; Z_нагр — полное нагрузочное сопротивление усилителя.

Последовательная обратная связь по напряжению увеличивает входное сопротивление усилителя, уменьшая тем самым его шун тирующее действие на предыдущий каскад. Параллельная обратная связь по напряжению уменьшает входное сопротивление усилителя и поэтому ее применение является менее желательным. [ 1 ]

Последовательная обратная связь позволяет значительно увеличить входное сопротивление каскада. [ 2 ]

Последовательная обратная связь по напряжению может охватывать один или несколько каскадов. В качестве примера на рис. 7.31 приведена схема усилителя, где таким видом обратной связи охвачены два каскада. Цепь обратной связи состоит из вторичной обмотки трансформатора Тр и резистора Яф Напряжение, снимаемое с вторичной обмотки трансформатора, вызывает в цепи обратной связи ток, который создает на резисторе R3p падение напряжения обратной связи 1 / р, противофазное с входным напряжением. При замыкании накоротко резистора RH напряжение снижается до нуля, что подтверждает наличие обратной связи по напряжению. [ 3 ]

Последовательная обратная связь по напряжению может охватывать один или несколько каскадов. В качестве примера на рис. 4.44 и 4.45 приведены схемы усилителей, где таким видом обратной связи охвачены два каскада. [ 4 ]

Последовательная обратная связь (как по напряжению, так и по току) изменяет коэффициент усиления напряжения. [ 5 ]

Последовательная обратная связь уменьшает отношение наибольшего коэффициента усиления напряжения к наименьшему. При отсутствии обратной связи отношение коэффициентов усиления напряжения согласно (9 - 53) при гвх. [ 6 ]

Последовательная обратная связь может осуществляться введением сопротивления в цепь эмиттера. Коэффициент усиления по току практически не зависит от глубины связи. [ 7 ]

Последовательная обратная связь может охватывать несколько каскадов или усилитель в целом. Она отрицательная, если охватывает нечетное число каскадов с общим эмиттером (при использовании транзисторов одного типа проводимости), причем схема включения последнего каскада (ОЭ или ОК) роли не играет. [ 8 ]

Введениепоследовательной обратной связи по напряжению увеличивает входное сопротивление. [ 9 ]

Припоследовательной обратной связи, не функционирующей при источнике сигнала, являющемся источником тока, необходимо преобразование тока Jc в источник ЭДС Е U J К. [ 10 ]

Коэффициентпоследовательной обратной связи по току имеет размерность сопротивления. [ 11 ]

Припоследовательной обратной связи по току в выходной цепи усилителя включается специальный резистор Roc, падение напряжения на котором пропорционально выходному току. На рис. 3.24, а приведена выходная часть структурной схемы усилителя с обратной связью по току. [ 12 ]

Параметры усилителя с ООС

 

Рассмотрим вывод соотношений для коэффициентов передачи по напряжению и току, входного и выходного сопротивления усилителя и с цепью ООС в рабочей области частот усилителя.

Последовательная ООС по напряжению

Блок-схема такой системы представлена на рис.2

Рис.2

Для определения параметров усилителя с ОС удобно представить усилитель в виде ИНУН, а цепь ОС в виде делителя напряжения (рис.3).

Рис.3

При соблюдении неравенств R_Г,R _{2 ,ос} << R_вх, R_н,R_{1 ,ос} >>R_вых можно считать, что

U_m,вх =E_m,Г, K_oc=R_2,oc/(R_2,oc+R1,oc) и I' _m,вых»I_m,вых.

Тогда:

откуда:

где индекс 0 означает принадлежность параметра собственно усилителю с ОС без учета сопротивлений источника сигнала и нагрузки.

Коэффициент передачи по току определяется здесь как

.

Таким образом данный тип включения ООС изменяет собственный коэффициент передачи по напряжению усилителя с ОС в соответсвиии с основным линейным соотношением (3), коэффициент передачи по току практически не изменяется.

По определению входное сопротивление усилителя с ОС равно:

.

Так как:

то:

(4)

то есть последовательная ООС увеличивает входное сопротивление системы в (1+ KK_ос) раз.

При определении выходного сопротивления генератор сигнала закорачивается (Е_m,Г =0 с сохранением его внутреннего сопротивления R_Г), а вместо нагрузки включается эквивалентный источник тока с амплитудой I_m,экв=I_m,вых, заменяющий действие входного источника. Получаем схему рис.4.

Рис.4

По определению .

Амплитуда выходного напряжения в схеме рис.4 определится как сумма ;

так как здесь U' _m,вх = – U_m,oc, то .

Отсюда получаем

.

Таким образом ООС по напряжению уменьшает выходное сопротивление усилителя с ОС в (1+ KK_ос) раз.

Если неравенства R_Г << R _вх и R_н>>R_вых не выполняются, то формулы для коэффициентов передачи, входного и выходного сопротивления несколько усложняются.

В этом случае

Пример: каскад с общим коллектором (ОК) как усилитель с последовательной ООС по напряжению (рис.5).

Рис.5 Рис.6

На рис.6 показана схема этого каскада для переменных токов в области средних частот. Схему рис.6 можно более явно представить в виде каскада ОЭ со 100% последовательной ООС. Это видно из рис.7.

Рис.7

Из входной части рис.7 следует:

,

т.к. U_m,oc =U_m,э можно говорить о 100% (K_oc= 1 ) последовательной ООС по напряжению.

Следовательно, коэффициент передачи по напряжению:

,

где SR_э=K_оэ – коэффициент передачи по напряжению каскада ОЭ, если в коллекторной цепи стоит сопротивление равное R_э, S – крутизна ДПХ транзистора с ОЭ в рабочей точке;

Так, если SR_э =20, при R_э =100 Ом и h_11,э =200 Ом, имеем:

K_ок =20/21=0,95, R_вх,ок =200(1+20)=4200 Ом, R_вых,ок =100/(1+20)=4,76 Ом

Таким образом, каскад с ОК (или эмитерный повторитель) имеет очень малое выходное сопротивление и большое входное сопротивление, в связи с этим рабочая полоса частот его в (1+ SR_э) больше полосы аналогичного каскада с ОЭ. Поэтому этот каскад используют в качестве буферного между каскадами ОЭ, осуществляя согласование по напряжению между каскадами. Кроме того, его ставят в качестве входных каскадов усилителей, т.к. он имеет большое входное сопротивление, и в качестве выходных каскадов усилителей напряжения из-за малого выходного сопротивления.

Последовательная обратная связь по току

Обобщенная структурная схема приведена на рис.8.

Рис.8

При выполнении условий R_Г, R_вых,ос << R_вх, R_н > R_вых, R_вх,ос << R_вых можно

считать, что U' _m,вых »U_{m , вых} , I_{m , вх ос} = I_{m , вых} ; тогда U_m,ос = K_ocI _m,вых, причем К_ос имеет размерность сопротивления.

Выразим амплитуду напряжения ОС через амплитуду выходного напряжения:

Тогда коэффициент передачи по напряжению системы будет иметь вид:

(6)

а входное сопротивление

(7)

Чтобы вывести соотношение для выходного сопротивления построим эквивалентную схему (см. рис.9), где входное сопротивление цепи ОС показано отдельно.

Рис.9

Отсюда:

(8)

 

Таким образом, последовательная ООС увеличивает входное и выходное сопротивления усилителя с ОС, что позволяет использовать его как хороший источник тока, управляемый напряжением (ИТУН).

Пример: каскад ОЭ с сопротивлением в эмиттерной цепи (ОЭ+ R_э). Схема каскада приведена на рис.10.

Рис.10

Так как

,

а I_m,вых = I_m,к видим, что здесь имеет место последовательная ООС по току с коэффициентом ОС K_ос=R_э; т.к. I_m,б << I_m,к и R_вых,ок = R_к, можно считать .

Отсюда получаем, учитывая что каскад с ОЭ имеет K_оэ = SR_к,

Обычно в схемах величину R_э выбирают в пределах 10% от R_к.

Параллельная ООС по напряжению

При параллельной ООС на входе усилителя имеет место вычитание из входного тока I_m,вх тока цепи ОС I_m,ос. Обобщенная блок-схема показана на рис.11.

Рис.11

Коэффициент передачи тока собственно усилителя , а цепи ОС .

Естественно ожидать, что основное линейное соотношение (3) следует применить к коэффициенту передачи по току. Действительно, при выполнении неравенств R_вх,ос >> R _выхможно считать I' _m,вых=I_m,вых. Поэтому можно считать I _m,вых=K_i I'_m,вх ; в свою очередь

,

где K_oc,i = K_{oc, 1} R_вых – коэффициент передачи по току цепи ОС.

Таким образом получаем

.

Из схемы рис.11 видно, что как со стороны входа, так и со стороны выхода усилитель и цепь ОС соединены параллельно. Следовательно входное сопротивление системы должно быть меньше собственного входного сопротивления усилителя. Если провести выкладки, аналогичные тому, как это было сделано выше, получим:

Таким образом, наилучшей моделью такой системы является модель ИНУТ.

Пример: каскад с коллекторной ОС (рис.12).

Рис.12

Цепь ОС представляет собой резистор R_oc, величина тока через который пропорциональна выходному напряжению:

;

таким образом:

,

и коэффициент усиления по току усилителя с ОС и его входное и выходное сопротивления равны:

.

Этот вид ОС используется не только по переменному сигналу, но и для стабилизации рабочей точки транзистора.

Параллельная обратная связь по току

Обобщенная структурная схема приведена на рис.13.

Рис.13

Коэффициенты передачи тока усилителя и цепи ОС соответственно равны:

.

В этом случае по аналогии можно записать:

.

В качестве примера внутренней ОС подобного типа рассмотрим транзистор с общей базой как транзистор с ОЭ и 100% ООС (рис.14,а).

Рис.14,а

Представим схему рис.14,а в следующем виде:

Рис.14,б

Из рис.14,б видно,что:

,

следовательно транзистор ОЭ охвачен ООС по току (K_i,oc =1). Поэтому:

.

Часто каскад на транзисторе с ОБ называют токовым повторителем. Входное и выходное сопротивление транзистора с ОБ соответственно равны:

Принципиальная схема простейшего каскада с ОБ представлена на рис.15.

Рис.15

Здесь резисторы R_э и R_к обеспечивают режим транзистора по постоянному току. Коэффициент передачи по напряжению каскада такой же, как и у каскада с общим эмиттером, однако он не инвертирует фазу, т.е. K_об =+ SR_к, коэффициент передачи по току равен примерно единице, входное сопротивление его мало, а выходное практически такое же, как у каскада с ОЭ, т.к. R_к >> R_вых,об.

17)

18) Усилители постоянного тока

Это усилители медленноменяющегося сигнала, у которого f _н может быть равна нулю, а f _в определяется назначением, его структурой, элементной базой.

Различают два основных типа УПТ: без преобразования сигнала (усилители прямого усиления) и с преобразованием сигнала, т.е. с модулятором и демодулятором (МДМ). Кроме того, они бывают однотактные и двухтактные.

В УПТ без преобразования сигнала усиливаются сигналы с частотами, близкими к нулю. При усилении таких медленно изменяющихся сигналов, ни трансформаторные связи между каскадами усилителя не в состоянии обеспечить сколь-нибудь удовлетворительную передачу усиливаемого через межкаскадные конденсаторы и трансформаторы в принципе не может проходить усиливаемый сигнал. Потому в УПТ без преобразования сигнала каскады соединяются непосредственно (гальванически) или иногда с помощью оптоэлектронных устройств (оптопар).

Непосредственная связь между каскадами УПТ осуществляется предельно просто. Выход предыдущего каскада через проводник или резистор соединяется с входом последующего каскада, т.е. развязывающие устройства между каскадами не используются. Однако при непосредственной связи между каскадами приходится согласовывать сравнительно большой (по модулю) потенциал на выходе предыдущего каскада с малым потенциалом на входе последующего. Иными словами, в каскадах УПТ происходит повышение постоянного потенциала от его входа к выходу, что создает проблему обеспечения режима питания УЭ по постоянному току. Кроме того, возникает более серьезная проблема – дрейф нуля (изменение начального уровня выходного напряжения).

Так, например, на первый взгляд согласование режимов по постоянному току в схеме, приведенной на рис. 2.22 выполнить достаточно просто. Для этого необходимо, чтобы напряжение на эмиттерном резисторе каждого последующего каскада компенсировало постоянную составляющую режима покоя предыдущего каскада.

 

Рисунок 2.22 – Схема трехкаскадного усилителя постоянного тока, где R ₁– R ₂

и R ₃– R ₄ схемы компенсации на входе и выходе

 

Однако такой метод согласования приводит к тому, что глубина местной последовательной ООС по току в каждом последующем каскаде будет больше, чем в предыдущем. Поэтому коэффициент усиления каждого последующего каскада будет меньше, чем предыдущего. На практике, если таких последовательно включенных каскадов больше трех, то коэффициент усиления последующих каскадов стремится к единице.

Параметры УПТ такие же, что и RC– усилителя, но добавляется немаловажный параметр, определяющий качество усилителя – дрейф нуля (U _др), – это изменение выходного напряжения при постоянстве входного. Входное сопротивление большое и определяется по формуле:

 

R _вх = r _б + (1 + h _21э)(r _э+ R _э)|| R _к|| R _э ≈ r _б + h _21э R _э, а R _вых – малое.

 

Несмотря на отмеченные серьезные недостатки непосредственной межкаскадной связи, ее простота сыграла определенную роль при распространении в УПТ и других усилителях, изготовляемых по интегральной технологии.

При изложении вопросов, связанных с применением межкаскадных непосредственных связей в УПТ, которые по характеру отличаются друг от друга, целесообразно вначале рассмотреть методы согласования каскадов в УПТ, а потом проблему дрейфа.

Среди методов согласования каскадов можно выделить четыре наиболее распространенных:

– с дополнительным источником напряжения в цепи связи;

– со стабилитроном в цепи связи;

– с делителем напряжения и дополнительным источником питания;

– с каскадом сдвига уровня (КСУ).

Схема каскада УПТ с дополнительным источником в цепи связи изображена на рис. 2.23. Как видно из этой схемы, напряжение больше входного U ₁ на величину U _кб1. С помощью дополнительного источника напряжения Е _см на сопротивлении нагрузки R _н можно уменьшить напряжение U ₂ практически до нуля. Однако такой способ согласования весьма неудобен, так как напряжение на коллекторах транзисторов усилительных каскадов могут принимать различные значения и необходимо подбирать источники смещения для каждого отдельного случая. Кроме того, источник Е _см не имеет общих точек с шиной «земля» и может явиться «источником» нежелательных различных наводок.

 

Рисунок 2.23 – Схема согласования каскадов усилителя постоянного тока

с источником напряжения в цепи связи (со стабилитроном при замещении

источника напряжения Е _см стабилитроном VD)

В реальных устройствах с непосредственной связью каскадов источник Е _см обычно заменяется стабилитроном VD, как это показано штриховой линией на рис. 2.23, который, как и источник смещения, может уменьшать напряжение на сопротивление нагрузки R _н до нуля. В случае полной компенсации постоянного потенциала ток через источник Е _см не течет, в то время как через стабилитрон обязательно должен протекать ток I _см, обеспечивающий режим стабилизации и компенсации постоянного потенциала. В связи с этим схема согласования каскадов УПТ со стабилитроном менее экономична, но более удобна для практики.

Также стабилитроны включаются и в эмиттерные цепи транзисторов (рис. 2.24), однако, применение стабилитронов полностью не решает проблему согласования режимов, как по постоянному, так и переменному току. К тому же рассмотренные усилители обладают следующими недостатками.

1. На входе усилителя присутствуют некоторое постоянное напряжение, необходимое для задания режима покоя транзистора первого каскада. Кроме того, существуют источники информации (датчики), подача на которые постоянного напряжения недопустима.

2. При отсутствии входного сигнала на выходе усилителя присутствует некоторое постоянное напряжение, обусловленное режимом покоя выходного транзистора усилителя.

 

Рисунок 2.24 – Схема двухкаскадного усилителя постоянного тока

с согласованием режимов по постоянному току с помощью стабилитронов

 

Устранить постоянные составляющие на входе и выходе усилителя можно, используя в нем так называемые схемы сдвига, что требует введения в устройства дополнительного источника питания, полярность которого противоположна полярности основного источника питания, и использования для межкаскадной связи резистивных делителей напряжения.

Схемы же согласования каскадов УПТ с делителем напряжения и дополнительным источником питания широко использовались в ламповой технике, несмотря на некоторое ослабление усиливаемого сигнала, вносимое резисторным делителем. Эти схемы являются разновидностью способа компенсации с дополнительным источником.

На выходе невозможно выяснить, какая часть сигнала обусловлена изменением входной информации, а какая обусловлена дрейфом усилителя. Следовательно, с точки зрения уменьшения искажения входного сигнала необходимо стремиться к тому, чтобы полезная составляющая этого сигнала всегда была существенно больше составляющей приведенного дрейфа. Отсюда становится ясным, что при проектировании усилителей постоянного тока вопрос уменьшения их приведенного дрейфа является одним из наиболее важных.

19) Дифференциальный усилитель постоянного тока. Синфазная помеха и способы ее подавления.

 

Радикальным средством уменьшения дрейфа УПТ является при­менение параллельно-балансных (дифферен­циальных) каскадов. Одна из наиболее распространенных схем дифференциальных усилительных каскадов представлена на рис. По этой схеме построены каскады, выпускаемые в виде отдельных микросхем; она исполь­зуется также во входных каскадах многих УПТ интегрального ис­полнения.

Дифференциальный усилительный каскад выполняют по принципу сбалансированного моста, два плеча которого образованы резисто­рами R_к1 и R_к2, а два других — транзисторами Т₁ и Т₂. Выходное напряжение снимается между коллекторами транзисторов (т. е. с диагонали моста) или с коллекторов.

Дифференциальный каскад допускает подачу входных сигналов от двух источников (на оба входа U_вх1, U_вх2) или от одного источника входного сигнала. В последнем случае входной сиг­нал подается на базу одного из транзисторов или между обеими ба­зами.

 

Выход каскада со стороны коллектора транзистора Т₁ (U_вых1) является инвертирующим, а со стороны коллектора транзистора T₂ (U_вых2) — неинвертирующим. Сигнал, снимае­мый с обоих коллекторов, называется дифференциальным:

U_вых = U_к2 – U_к1 = ∆U_к2 + ∆U_к1 = 2∆U_к.

 

20) Дифференциальные усилительные каскады

Одним из важнейших узлов аналоговой схемотехники является дифференциальный усилительный каскад.

Рис.5. Схема дифференциального каскада на биполярных транзисторах

 

Он содержит взаимно согласованную пару биполярных транзисторов, с резисторами R _к1 и R _к2.

В общую эмиттерную цепь включен источник тока J.

К базам транзисторов подключены источники напряжения Е 1 и Е 2 с одинаковыми внутренними сопротивлениями R _u.

В связи с симметрией плеч при подаче на базы транзисторов одинаковых сигналов U _б1 = U _б2 (на холостом ходу Е 1 = Е 2) U _вых = 0 и не зависит от величины входных сигналов. Такие сигналы называют синфазными.

Определяем U _{вх. Сф.} = 0,5 (U _б1 + U _б2) или U _{вх. Сф.} = 0,5 (E 1+ E 2)

Если U _б1 U _б2, то сигнал называют дифференциальным

U _вх. = U _б1 - U _б2 или U _вх. = E 1 - E 2.

U _вых.в этом случае будет иметь величину и знак, определяемые величиной и знаком U _вх.. Таким образом, усилительный каскад чувствителен только к дифференциальному входному сигналу и нечувствителен к синфазному (помехи, тепловой дрейф, изменение напряжения источника питания и т.п.)

Рис. 6.

- передаточная U _вых. (U _вх.);

- входная D I _вх (U _вх.), где D I _вх= I _б1- I _б2 - разностный (дифференциальный) входной ток.

Здесь U _вх' - входной сигнал, приведенный к эмиттерам транзисторов (U _вх' = U _э1 - U _э2) (режим близок к холостому ходу)

- коэффициент усиления;

- входное сопротивление;

Если использовать транзисторы с большим b и малым током I (режим, близкий к холостому ходу), то можно считать, что U _вх' = Е _вх и r _вх= r _вх'.

Тогда:

1. К _u линейно зависит от тока;

2. U _{вых.Макс}/ К _u = 2j _Т - константа, определяющая максимальную амплитуду U _вх, при которой передаточная характеристика может ещё считаться линейной.

Дифференциальный каскад на полевых транзисторах. В аналоговой схемотехнике чаще используются полевые транзисторы с управляющим p-n переходом. Их достоинства по сравнению с МДП:

- большая стабильность характеристики;

- малый уровень собственных шумов.

В связи с тем, что , то всегда обеспечивается режим холостого хода, т.е. U _вх= Е ₁ - Е ₂.

Отличия ДК на полевых транзисторах от ДК на биполярных:

1) (у биполярных K_u~I);
2) с увеличением I расширяется диапазон допустимых амплитуд U _вх, при которых сохраняется приблизительная линейность передаточной характеристики.

Рис. 7. Схема дифференциального каскада на полевых транзисторах.

Во многих аналоговых ИС ДК используют только на входе устройства. Остальные каскады усиления или преобразования сигналов выполняют по однофазной схем (дифференциальные каскады с однофазным выходом). Примером таких ИС может служить операционный усилитель.

Дифференциальные усилительные каскады хорошо работают тогда, когда общее эмиттерное сопротивление R3 имеет большее значение, однако это требует увеличения напряжения питания. [ 1 ]

Как построендифференциальный усилительный каскад. [ 2 ]

22) Дифференциальные усилительные каскады

Дифференциальный каскад является основой балансных модуляторов, перемножителей аналоговых сигналов, генераторов гармонических и релаксационных колебаний (мультивибраторов).

 

 

I_э1+I_э2=I_o

I_к1+I_к2=h_21б*I_o

I_к1=h_21б*I_o(1+e^{-Uд/j т})^-1

I_к2=h_21б*I_o(1-e^{-Uд/j т})^-1 (1)

j T =KT/q; U_д=U_вх1-U_вх2

Дифференциальный каскад состоит из пары согласованных транзисторов VT1, VT2, нагрузкой которых являются сопротивления: R_к1, R_к2.

R_к1=R_к2=Rк.

Для стабилизации усилительного каскад а используется сопротивление R_э, на котором создается падение напряжений двух токов эмиттера.

R_б1, R_б2 - выполняют роль подачи смещения на базу.

Для питания используется два источника, что позволяет скомпенсировать 0 на выходе при отсутствии сигнала.

Е_п1=Е_п2 - в стандартных схемах 6В, 10В, 15В.

Входы транзисторов возбуждаются парафазным напряжением.

Усилительные свойства дифференциального каскад а

Для их установления при использовании эквивалентных схем обычных однотактных усилителей используется теорема Мидл Брука, сущность которой заключается в том, что дифференциальные усилители делятся симметрично на две однотактные полусхемы для дифференциального и синфазного сигналов.

1. Симметричный выход, симметричный вход.

Эквивалентная схема:

R_н>>Rк

K_c= 2SR_к

R_вых » r_кэ II 2R_к

2) При несимметричном выходе

K_н=SR_к

R_вых » r_кэ II R_к

При несимметричном входе одна из баз транзистора заземляется конденсатором С_б.

ХС_б<<R_б

1. 3) Для синфазного сигнала

R_{вых сс}=R_к II r_кэ(1+2SR_э)

Коэффициент ослабления синфазного сигнала (синфазный сигнал в дифференциальном каскад е является паразитным)

Ослабление сигнала не менее 70-80дБ. Чтобы увеличить КОСС дифференциального каскад а вместо R_э включают ГСТ (генераторы стабильного тока).

Пример: R_э=1кОм, S=50мА/В

R_эГСТ=50(1+SRэ)=50(1+50)=2500(кОм)

R_ГСТ увеличивается, что и позволяет получить высокий коэффициент ослабления синфазного сигнала КОСС. Подавая на ГСТ сигнал U_вх3, U_вх4 расширяются функциональные возможности дифференциального каскад а.

R_ГСТ увеличивается за счет включения его в эмиттерную цепь сопротивления.

R_{вых гстОС}= R_{вых гст}(1+SR_э).

Напряжение смещения дифференциального каскад а

Напряжение смещения дифференциального каскад а вызвано разностью напряжений на плечах каскад а. Даже при отсутствии на входе сигналов на выходе возникает напряжение смещения.

U_{вых см}=SR_кU_см (*)

При условии R_вх1=R_вх2:

Из (*) следует, что смещение на выходе обусловлено следующими факторами:

1) Разностью коэффициентов усиления транзисторных плеч.

1. Разностью значений крутизны транзистора.

2. Разностью напряжения

U_бэ.

3. Разностью входных сопротивлений

4. Разностью входных токов.

Входное сопротивление дифференциального каскад а

R_{вх дк~} r_б+r_бэ

R_{вх сс»} r_б+r_бэ(1+2SR_э)

R_э=R_гст

Выходное сопротивление

Для симметричного выхода:

R_выхс=2R_кэII2R_к» 2R_к;

Для несимметричного выхода:

R_{вых несим} = r_кэ II R_к » R_к.

23) Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокойотрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

Обозначение операционного усилителя на схемах

В переводе с латинского одним из значений слова «inversio» является «оборачивание», «переворот». Иными словами, инверсия — это зеркальное отражение (отзеркаливание) сигнала относительно горизонтальной оси Х (оси времени). На Рис. 1 показаны несколько из множества возможных вариантов инверсии сигнала, где красным цветом обозначен прямой (входной) сигнал и синим — проинвертированный (выходной).

Рис. 1 Понятие инверсии сигнала

Особо следует отметить, что к нулевой линии (как на Рис. 1, А, Б) инверсия сигнала не привязана! Сигналы могут быть инверсными и асимметрично. Например, оба только в об