Здесь можно найти образцы любых учебных материалов, т.е. получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


Курсовик Фзичн основи будови та принцип дї напвпровдникових приладв. Класифкаця та характеристики пдсилювальних каскадв. Структурна схема та параметри операцйних пдсилювачв. Класифкаця генеруючих пристроїв. Функцональн вузли цифрової електронки.

Информация:

Тип работы: Курсовик. Предмет: Схемотехника. Добавлен: 14.04.2010. Сдан: 2010. Уникальность по antiplagiat.ru: --.

Описание (план):


108
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА
Факультет комп'ютерних наук
Кафедра комп'ютерних систем та мереж
Курсова робота
Комп'ютерна електроніка

Вступ. Етапи розвитку електроніки

Класифікація електронних пристроїв

Електроніка - галузь науки, яка займається дослідженням фізичних процесів, що відбуваються в різних середовищах при протіканні струму, і, як галузь техніки, займається розробкою електронних приладів на основі цих явищ. Розрізняють фізичну і технічну електроніку.

На основі застосувань електроніки розвилась галузь: мікроелектроніка - галузь, яка займається технічними проблемами реалізації електронних приладів у вигляді інтегральних мікросхем, - пристроїв, що складаються з окремих дискретних елементів (діодів, транзисторів) виготовлених в одному технологічному циклі і розміщуються на спільній несучій конструкції в спільному корпусі.

Електроніку поділяють на аналогову і цифрову.

Під аналоговою розуміють елементи, пристрої і системи, які забезпечують обробку електричних сигналів, що змінюються за законами неперервної функції, тобто в різні моменти часу можуть приймати довільні значення напруги чи струму.

В цифровій елементи займаються обробкою сигналів, що змінюються дискретно. Щоб забезпечити дискретну зміну сигналу використовують методи квантування сигналів за часом, за рівнем або одночасно.

В залежності від елементної бази, яка використовується в електронних пристроях, можна виділити кілька етапів розвитку електроніки:

1. 1904 - 1950 рр.: електронно-вакуумні лампи. Використовуються електровакуумні та газорозрядні пристрої.

2. 1950 - 1960 рр.: застосування дискретних напівпровідникових приладів. 1947р. - транзисторний ефект у напівпровідникових кристалах.

3. 1960 - 1980 рр.: застосування інтегральних схем і мікрозборок. В 60х роках - 2 принципи виготовлення технічних пристроїв:

· Груповий метод;

· Планарна технологія.

Рівень інтеграції k=lg N визначається кількістю елементів, що розміщені на одному кристалі.

4. 1980 - 2005 рр.: розробка і застосування великих і надвеликих інтегральних схем (ВІС, НВІС, ННВІС). Ці великі схеми, що утримують більше 1000 елементів на 1 кристал відносять до 4 і 5 рівня інтеграції.

5. сучасний етап розвитку характеризується застосуванням функціональних електронних пристроїв. Функціональними називають пристрої, в яких для перетворення електронних сигналів використовують не електронні пристрої, а певні фізичні явища, що забезпечують обробку фізичних чи інформаційних сигналів. Розрізняють магнітоелектричні, оптоелектричні, акустоелектричні, кріоелектричні, біоелектричні та інші функціональні схеми.

Сучасний розвиток електроніки зумовлений досягненням в технології, таким як молекулярно-променева технологія та дослідження наноструктурованих об'єктів в тому числі спінових ефектів, тому сучасні прилади називаються наноелектричними.

Ці методи дозволяють створювати електронні елементи інтегральних схем за 0.13 - 0.11 мікронною технологією.

Електронні пристрої для цифрової електроніки повинні працювати з дискретними сигналами, які можна одержати кількома методами квантування: по часу, рівню, по часу і рівню. За функціональними ознаками їх поділяють на імпульсні, релейні та цифрові.

Для характеристики імпульсних сигналів використовують наступні параметри: амплітуда імпульсу Um, тривалість імпульсу ti, тривалість паузи tп, тривалість фронту імпульсу tф, тривалість спаду tсп, період імпульсу T= ti + tп, коефіцієнт заповнення імпульсу , шпаруватість імпульсу .

Сигнали, в яких q = 2, називають меандром.

108

За реальні значення ti вибирають відстань від значення 0.1Um до меншого значення за величину 0.1Um.

Фронт імпульсу - час, за який досягається значення від 0.1Um до 0.9Um, спад імпульсу - час від 0.9Um до 0.1Um.

Крім імпульсного виділяють також функції релейного типу та цифрового. Крім того процес перетворення аналогового сигналу в дискретний називають ще модуляцією і можна його описати з допомогою сигналів амплітудно-, широтно- та фазо-імпульсної модуляції.

При амплітудно-імпульсній модуляції дискретизацію сигналу проводять по часу. Реальній величині ставлять у відповідність певне значення амплітуди сигналу, яке він приймає в моменти квантування.

При широтно-імпульсному сигналі амплітуда залишається сталою, а змінюється тільки тривалість відповідного квантуючого імпульсу.

ФІМ - модуляція релейного типу. Частота появи сигналів змінюється і залежить від амплітуди.

Ці методи перетворення аналогових сигналів у дискретні використовуються для цифрової обробки та аналізу інформаційних повідомлень і забезпечуються з допомогою пристроїв, що називаються аналого-цифровими перетворювачами.

Перевагою аналогового представлення сигналу є вища швидкодія і вища точність відтворення інформації. Разом з тим цифрові пристрої, володіючи меншою швидкодією, дозволяють підвищити точність обробки сигналів за рахунок тактової частоти та збільшення об'ємів запам'ятовуючих пристроїв, що дозволяють організовувати паралельну обробку інформації.

Обидві системи базуються на однаковій елементній базі, тобто напівпровідникових приладах та інтегральних схемах. Відрізняються режимами ввімкнення і роботи цих пристроїв.

1. Елементна база аналогової та цифрової електроніки

1.1 Фізичні основи будови напівпровідникових приладів

Напівпровідникові прилади виготовляються на основі напівпровідників різного типу провідності. Основою всіх приладів є контакти матеріалів n- та p-типу провідності або контакти метал-напівпровідник, що володіють односторонніми провідностями.

Принцип формування активних структур можна пояснити з допомогою зонних діаграм. Як відомо зонна структура утворюється внаслідок розщеплення валентних рівнів та рівнів провідності при конденсації атомів і утворенні конденсованих середовищ або твердих тіл.

На шкалі енергій за рівень валентної зони приймають найвище значення енергії, якою володіє електрон, що взаємодіє зі своїм ядром атома і приймає участь в утворенні зв'язку.

108

Зона провідності знизу обмежена рівнем енергії, мінімальне значення якої необхідне носію заряду, щоб подолати сили потенціальної взаємодії з ядром атома. Процес набування носієм заряду енергії, достатньої для переходу з валентного на рівень провідності, називається генерацією електронно-діркової пари. При цьому умовно вважають, що на найвищих валентних рівнях утворюється вакансія в хімічному зв'язку, що може забезпечити протікання струму додатно заряджених носіїв, а на рівні провідності - вільних електронів.

Середнє значення енергії, що відповідає цьому процесу генерації, називається рівнем Фермі, який розміщується посередині забороненої зони Eg у власному напівпровіднику. Наявність в основному матеріалі (Si, Ge) домішок називають процесом легування, а напівпровідник - домішковим. Внесення атомів з V групи супроводжується збільшенням носіїв у зоні провідності і зсувом рівня Фермі вище середини забороненої зони. Такі напівпровідники називають матеріалами n-типу. При наявності акцепторів одержуємо матеріали р-типу і зсув рівня Фермі до валентної зони. Сильно леговані матеріали, в яких рівень Фермі зміщений, називаються виродженими.

1.2 Напівпровідникові діоди

Основою напівпровідникових діодів є р-n переходи та контакти метал-напівпровідник. В світлочутливих приладах - гетеропереходи, складаються з матеріалів одного типу провідності, але різного рівня легування.

108

Електронним р-n переходом називають границю розділу двох напівпровідників різного типу провідності збіднену основними носіями заряду.

При формуванні електронного переходу внаслідок наявності незаповнених хімічних зв'язків в матеріалах р-типу і надлишку носіїв, незв'язаних у хімічних зв'язках в n-типі, електрони з n-області дифундують в р-область, заповнюючи ковалентні зв'язки. В приконтактних областях утворюються нескомпенсовані об'ємні заряди, має місце внутрішнє електричне поле. Це поле протидіятиме протіканню носіїв через границю розділу в наступний момент часу, і воно формує контактну різницю потенціалів.

108

На зонній діаграмі спостерігається перепад потенціалу n та р областей. Прикладання зовнішньої напруги приводить до порушення рівноважного стану і зменшення контактної різниці потенціалів, якщо зовнішнє поле протидіє внутрішньому (до р++, до n--), і збільшення контактної різниці потенціалів, якщо зовнішнє поле спів напрямлене з внутрішнім.

Струм через р-n перехід описується співвідношенням:

,

де IS - струм теплової генерації носіїв. Це незначний фоновий струм високоенергетичних носіїв, який має місце при додатній та при від'ємній напрузі прикладеній до переходу.

Його називають струмом насичення зворотної вітки ВАХ. Це видно з ВАХ, коли U<0, то е<<1, тобто I = IS.

При U>0, e>>1, струм зростає за логарифмічним законом.

108

При значних зворотних напругах можливе тонелювання носіїв із зони провідності у валентну зону р-кристалу. Це явище називають пробоєм. Воно супроводжується значним зростанням зворотного струму.

Якщо зворотні струми є достатньо великими і призводять до виділення енергії, що супроводжується зміною кристалічної структури ОПЗ, то пробій називається тепловим і є незворотнім.

У випадку значної концентрації легованих домішок та наявності дефектів можливий пробій, що супроводжується лавинним помноженням носіїв в ОПЗ. Він є зворотнім і використовується в роботі стабілітронів - пристроїв для стабілізації напруги.

При наявності дефектів можливий польовий або зінеровський пробій, ВАХ якого має вигляд ламаної лінії.

Тунельні діоди - пристрої, створені на основі вироджених або тунельних напівпровідників.

ВАХ тунельного діоду має N- подібний вигляд при накладанні тунельної складової і надбар'єрної складової. Це явище називають тунельним ефектом, воно має місце при прямих напругах. Аналогічний ефект тунелювання при зворотних напругах називається тунельним пробоєм.

Розділений заряд в ОПЗ переходу можна розглядати як конденсаторну систему. При прикладанні зовнішньої зворотної напруги до р-n переходу змінюється глибина проникання поля ОПЗ, тобто товщина ОПЗ. Це приводить до зміни бар'єрної ємності Сб. такі прилади, де використовується зміна Сб, називаються варікапами. Вони використовуються в колах резонансного типу для коректування резонансної частоти.

1.3 Біполярний транзистор

Біполярними транзисторами називаються електронні прилади, що складаються з двох взаємодіючих р-n переходів.

108

Конструктивно їх виготовляють в дискретному вигляді на основі кристалу n або р типу провідності, до якого з однієї сторони вплавляють емітерну область з підвищеним рівнем легування, а з іншої - колекторну, більшу за площею за кристал і з меншим рівнем легування. В планарному варіанті всі області виготовляють шляхом дифузійного легування з послідовною перекомпенсацією типу провідності.

108

Обов'язковою умовою працездатності транзистора є мала ширина базової області порівняно з довжиною вільного пробігу носіїв заряду, який інжектується з емітера в базу.

Умовне позначення транзистора на схемі відображає його структуру:

Принцип дії біполярного транзистора

108

Основою роботи біполярного транзистора є взаємодія областей просторового заряду емітера та колектора при протіканні струму. Емітер ний перехід вмикається в прямому напрямку, колекторний - у зворотному. При накладанні прямої напруги між емітером і базою зростає кількість основних носіїв, що інжектуються в базову область і рекомбінують там з основними носіями бази. Вони створюють струм базового електроду і бази.

Оскільки концентрація носіїв в області емітера більша, то струм бази виходить на насичення. Надлишок інжектованих носіїв, маючи довжину вільного пробігу більшу за ширину бази, попадають в ОПЗ зворотно зміщеного колектора і екстрагуються в колекторну область. Тут вони взаємодіють з просторовим зарядом колекторного переходу, що приводить до зменшення потенціального бар'єру між колектором та базою, а відповідно до зростання колекторного струму.

Зменшення напруги емітер-база приводить до зворотних процесів.

Для транзистора справджується співвідношення:

Іе = Іб + Ік, Іб<<ІкIк.

Схеми ввімкнення біполярних транзисторів

108

Оскільки транзистор, маючи три виводи, може бути ввімкнений як чотириполюсник, то один з електродів має бути спільним для вхідного і вихідного кола.

Розрізняють схеми ввімкнення із загальним емітером, загальною базою і загальним колектором.

Схема із загальним емітером забезпечує підсилення сигналів за струмом, напругою і потужністю. Така схема має вхідний опір біля 100 Ом, а вихідний - близько 1 кОм.

Схема із загальною базою підсилює за напругою і потужністю і не підсилює за струмом.

Вхідний опір - ~ 10 Ом.

Вихідний опір - ~ 10 кОм.

Схема із загальним колектором ще називається емітерним повторювачем. Така схема є аналогічною до схеми із загальним емітером, але навантаження вмикається не в колекторне, а в емітерне поле. Схема підсилює за струмом і потужністю.

Вхідний опір - ~ 10 кОм.

Вихідний опір - ~ 1 Ом.

Для функціонування транзисторів і розрахунків режимів їх роботи використовують сімейства статичних вхідних і вихідних характеристик.

Оскільки у вхідному колі вмикається як правило емітер ний перехід, то до характеристики відповідної ВАХ прямо зміщеного р-n переходу. Ці характеристики вимірюють при різних значеннях напруги, прикладеної до вихідного кола.

ЗЕ Іб = f(Uбе)|Uке=const ; ЗБ Іе = f(Uеб)|Uкб=const .

108

Вихідні характеристики - це залежності вихідного струму від вихідної напруги, при постійному значенні вхідного струму.

Для трактування режимів роботи біполярного транзистора використовуються еквівалентні схеми. Основною є схема чотириполюсника, яка описується h-параметрами.

108
108

Н-параметри - це коефіцієнти, які вказують на зв'язок між реальними параметрами транзистора та його теоретичними еквівалентами.

h11=Uвх/Iвх - вхідний опір транзистора;

h12 = Uвх/Uвих - коефіцієнт зворотної передачі напруги;

h21 = Iвих/Iвх - коефіцієнт підсилення за струмом;

h22 = Iвих/Uвих - вихідна провідність.

Чотириполюсники - це пристрої, які мають два входи і два виходи.

108

Співвідношення між I та U на вході чотириполюсника можна задати за допомогою системи рівнянь. Якщо основними параметрами в системі рівнянь виступають провідності, то сама система називається системою з у-параметрами, якщо опори - то система із z-параметрами, коли параметри комбіновані, то використовують систему рівнянь з h-параметрами.

Система рівнянь для визначення h-параметрів:

- вхідний опір транзистора виміряний у режимі короткого замикання у вихідному колі.

108

- режим короткого замикання.

- режим холостого ходу.

- режим холостого ходу.

108

Еквівалентна схема транзистора як чотириполюсника, що описується системою h-параметрів.

Малосигнальна еквівалентна схема для транзистора, яка описує його підсилювальні властивості в режимі підсилення малих змінних сигналів.

Вона обов'язково включає джерело струму у вихідному колі і паразитну бар'єрну ємність колекторного переходу.

- коефіцієнт підсилення транзистора у схемі із загальною базою. ? 0.99.

- коефіцієнт підсилення транзистора у схемі із загальним емітером.

- коефіцієнт підсилення транзистора у схемі із загальним колектором.

Класифікація та умовні позначення транзисторів

Згідно ДСТУ позначення транзисторів складаються з чотирьох букв буквоцифрового коду.

І група - це дві букви. Перша вказує на матеріал напівпровідника, К - кремній, Г - германій. Друга буква вказує тип транзистора, Т - біполярний, П - польовий.

Третя позначка - цифра, яка вказує на частотні властивості та потужність. 1,2,3 - малопотужні:

1 - низькочастотні з граничною частотою до 3 МГц.

2 - середньої частоти, 3-30 МГц.

3 - високочастотні, >30 МГц.

4,5,6 - середньої потужності, 0.3-0.5 Вт.

7,8,9 - потужні транзистори, >1.5 Вт.

Наступні дві цифри вказують на порядковий номер розробки. Остання буква вказує на групу приладів.

Режими роботи біполярних транзисторів

Розрізняють 4 режими роботи біполярного транзистора:

1. активний режим, емітерний перехід ввімкнено у прямому напрямку, колекторний - у зворотному. Використовується в аналоговій електроніці.

2. режим відсічки відповідає стану закритого транзистора, коли у вихідному колі не може протікати струм. Отримується, коли і емітерний, і колекторний переходи ввімкнені у зворотному напрямку.

3. режим насичення, коли транзистор відкритий, обидва переходи у прямому напрямку.

4. інверсний режим, коли емітер ний перехід вмикається у зворотному напрямку, колекторний - у прямому. Застосовується в електроніці інтегрально-інжекційної логіки.

108

MN - лінія статичного навантаження.

Перехід із режиму відсічки в режим насичення називається ключовим режимом.

1.4 Польові транзистори

Польові транзистори - це напівпровідникові прилади, підсилювальні властивості яких визначаються впливом потенціалу, прикладеного до керуючого електроду, а саме затвору, на протікання струму, зумовлене основними носіями заряду в каналі провідності між витоком і стоком.

За будовою розрізняють польові транзистори з керуючим переходом (р-n переходом або переходом метал-напівпровідник з бар'єром Шоткі) та транзистори з ізольованим затвором. Останні бувають з вбудованим та індукованим каналом провідності.

Принцип дії польового транзистора

108

На відміну від біполярних транзисторів регулювання струму у вихідному колі тут забезпечується не величиною струму вхідного кола, а потенціалом, прикладеним до керуючого електроду - затвору. Конструктивно польовий транзистор з керуючим переходом можна зобразити у вигляді кристалу, з протилежних кінців якого забезпечено створення омічних (невипрямлених) контактів до витокової і стокової областей, а в середній області кристалу вмонтовано керуючий р-n перехід або випрямлений контакт метал-напівпровідник.

Величина струму у вихідному колі, тобто струму стокового затвору визначається напругою Uсв та навантаженням і власним опором каналу провідності ввімкнених послідовно у вихідне коло.

Прикладання запірної напруги Uзв призводить до розширення області просторового заряду (ОПЗ) цього переходу (пунктир), а відповідно і до звуження каналу провідності. Зменшення поперечного перерізу каналу провідності призводить до збільшення його опору, а відповідно до зменшення стокового струму.

108

Кажуть, що такий транзистор може працювати тільки в режимі збіднення каналу провідності основними носіями заряду.

Для опису властивостей польових транзисторів використовують сімейства вихідних та перехідних характеристик і не використовують вхідні характеристики, що зумовлено великим вхідним опором транзистора. Вихідні характеристики - це залежності виду:

Будова і принцип дії транзисторів з керуючим переходом

Оскільки транзистор з керуючим переходом є нормально відкритим, тобто при нульовому потенціалі струм стоку максимальний, то перехід в режимі збіднення при закриванні каналу провідності відображає зменшення стокового струму на вихідних характеристиках.

Передаточні характеристики (стокозатворні):

Тоді ця характеристика буде мати місце при від'ємних значеннях U.

При Uзв відсічки канал зв'язку перекривається.

Для опису цих характеристик застосовуються наступні параметри:

1. коефіцієнт підсилення сигналу за напругою:

2. кривизна передаточної характеристики - це відношення приросту Іс до Uзв:

3. вхідний диференційний опір каналу провідності:

Будова і принцип дії транзисторів з ізольованим затвором

108
108

В транзисторах з індукованим каналом з самого початку канал провідності не створюється, а створюються лише омічні контакти до витокової і стокової областей.

Приклад додавання потенціалу до затвору приводить до накопичення основних носіїв заряду в приповерхневій області напівпровідника під діелектриком, а відповідно до індукування (наведення) каналу провідності між витоком і стоком.

Відповідно такий транзистор може працювати тільки в режимі збагачення каналу провідності основними носіями. На стокових (вхідних) характеристиках це відображається зростанням струму у вихідному колі.

Стокозатворні характеристики розміщуються в І квадранті і напруга відсічки Uзв.відс.>0.

Такий транзистор називається нормально закритим.

У транзистор з вбудованим каналом канал провідності створюється технологічно, тому він може працювати як у режимі збагачення, так і в режимі збіднення.

Вихідні та перехідні характеристики мають наступний вигляд:

108

Транзистори з ізольованим затвором характеризуються значно більшим опором, який може досягати 1010 - 1012 Ом.

108

Розрізняють три схеми ввімкнення польових транзисторів в електричне коло, як чотириполюсника.

Схема із загальним затвором відповідає схемі із загальною базою.

Схема із загальним витоком аналогічна схемі із загальним емітером.

Схема із загальним стоком (витоковий повторювач) є аналогічною до схеми із загальним колектором.

108

Для опису польових транзисторів в схемах використовують їх еквівалентні схеми.

Польові транзистори теоретично повинні були б володіти вищими граничними частотами, оскільки в них відсутні процеси інжекції та екстракції носіїв заряду, що мають місце в базі біполярних транзисторів, а струм каналу провідності зумовлений тільки одним типом носіїв. Однак на практиці цього не спостерігається, оскільки значний вплив мають паразитні ємності між затвором та стоковим і витоковим електродами і каналом провідності. Тому реально граничні частоти досягають десятків МГц, тоді як в біполярних структурах десятки ГГц.

На практиці вдалося реалізувати польові транзистори підвищеної потужності. Реалізовуються транзистори потужністю до 100 Вт.

2. Підсилювачі електричних сигналів

2.1 Принцип дії електронного підсилювача

108

Електронним підсилювачем називається пристрій, що забезпечує кероване перетворення енергії джерела постійного струму в енергію електричних коливань, що змінюється за законом зміни керуючого сигналу.

В електронних підсилювачах здійснюється модуляція напруги постійного джерела з допомогою керуючого сигналу.

Елементарний каскад підсилення можна зобразити у вигляді подільника напруги, що складається з лінійного навантаження і нелінійного керуючого елементу, в якості якого можна застосувати біполярний чи польовий транзистор.

Принцип дії підсилювача можна пояснити, використовуючи уявлення про перерозподіл напруги джерела живлення Eж між лінійним та нелінійним елементом.

Нехай опір транзистора на початку буде приблизно еквівалентний опору навантаження. Збільшення вхідного сигналу Uвх приводить до зменшення вихідного опору між емітером і колектором і в результаті потенціал колектора буде наближатись до нуля. Якщо Uвх зменшується, то вхідний опір транзистора безмежно зростає і потенціал колектора буде наближатись до потенціалу джерела живлення.

Таким чином коливання потенціалу колектора буде рівне половині напруги живлення, оскільки закон зміни потенціалу визначається законом зміни вхідного сигналу, то можна говорити про підсилення вхідних коливань, одержане на виході підсилювального каскаду.

2.2 Класифікація та основні характеристики і параметри

підсилювальних каскадів

Підсилювальні каскади класифікують:

1. за видом підсилювального сигналу: підсилювачі гармонічних сигналів; підсилювачі імпульсних сигналів.

В І випадку аналізуються періодичні сигнали, що змінюються за законами sin або cos.

В ІІ випадку сигнали, як періодичні, так і неперіодичні, можуть мати вигляд прямокутних, трикутних, трапецієвидних чи іншого виду імпульсів.

2. за типом (параметром) підсилювального сигналу: підсилювачі струму, напруги, потужності.

3. за видом сигналу в залежності від робочого діапазону частот розрізняють підсилювачі постійного та підсилювачі змінного струмів.

Підсилювачі постійного струму призначені для обробки сигналів, амплітуда яких повільно змінюється з часом, так що частота таких сигналів (час релаксації) є значно меншим за час релаксації підсилювальної схеми.

Підсилювачі змінного струму поділяють на:

· підсилювачі низької частоти

· підсилювачі високої частоти

· широкосмугові підсилювачі

· резонансні підсилювачі (вузькосмугові)

Якщо підсилювач складається з кількох каскадів, то їх класифікують за видом міжкаскадного зв'язку:

· підсилювачі з гальванічним зв'язком

· підсилювачі з резестивно-ємнісним міжкаскадним зв'язком

· підсилювачі з індуктивним зв'язком

Основні характеристики підсилювачів:

1. амплітудна характеристика описує залежність вихідної напруги від вхідної.

108

Це практично лінійна залежність Uвих = f(Uвх), яка при малих напругах обмежена рівнем теплових шумів каскаду Uш, а при великих напругах обмежена значенням напруги живлення каскаду.

Uш - це теплові флуктуації струму в елементах каскаду підсилювача, які приводять до наведених ЕРС у вхідному колі, що передається у вихідне коло підсилювача (флуктуації - коливання).

108

2. амплітудно-частотна характеристика - це залежність коефіцієнта підсилення каскаду від частоти сигналу.

В ідеальному випадку - це пряма, паралельна до осі частот.

108

Якщо напруга вхідного сигналу є постійною, то АЧХ може бути зображена як залежність вихідної напруги від частоти.

Оскільки частотний діапазон може змінюватись на кілька порядків від Гц до КГц та МГц. То зручно користуватися напівлогарифмічною шкалою, тобто К = f(lg ).

Коефіцієнти підсилення для багатокаскадних підсилювачів визначаються як добутки коефіцієнтів підсилення окремих каскадів:

К = К1* К2*…* Кn.

Якщо коефіцієнти для окремих каскадів є досить великими, то зручно користуватися логарифмічними значеннями коефіцієнтів підсилення, вираженими в децибелах.

К(дб) = 10•lg Ki,,,.

Оскільки коефіцієнт підсилення може характеризувати напругу, струм або потужність, то вираження коефіцієнта підсилення в децибелах для потужності визначається наступним чином:

Кр(дб) = 20•lg Kp.

Тому для багато каскадних підсилювачів АЧХ розглядають часом, як залежність коефіцієнта підсилення, вираженого в децибелах від lg : К(дб) = f(lg ).

В реальних підсилювачах паразитні резестивно-ємнісні зв'язки приводять до завалу АЧХ в області низьких частот, а індуктивеі елементи - в області високих частот. Оскільки такий завал може бути досить істотним, то іноді використовують нормовану АЧХ: це залежність К від Кcч, як функція від логарифму частоти: N() = K/Kсч = f(lg ).

Смугою пропускання підсилювача називається діапазон частот, в якому значення коефіцієнта підсилення зменшується від номінального не більше, ніж в разів.

= в - н.

Динамічним діапазоном підсилювача називають лінійну ділянку амплітудної характеристики.

108

D = Uвх max - Uвх min.

3. фазо-частотна характеристика - це залежність фазового зсуву сигналу на виході, порівняно із входом, від частоти сигналу. ц = f().

До фазового зсуву приводить наявність частотозалежних елементів (ємностей та індуктивностей) в каскаді підсилювача.

В області низьких частот фазовий зсув додатній, в області високих частот - від'ємний.

2.3 Зворотні зв'язки у підсилювачах

108

Зворотнім зв'язком в електронному каскаді називається таке електричне з'єднання, при якому певна частина вихідного сигналу подається у вхідне коло.

Розрізняють додатній і від'ємний зворотній зв'язок.

При додатному зв'язку вихідний сигнал, що подається на вхід, співпадає за фазою з вхідним сигналом. Це приводить до додаткового підсилення і самозбудження схеми. При від'ємному зв'язку фази сигналів є протилежні, що дещо зменшує величину коефіцієнта підсилення, але стабілізує характеристики підсилювального каскаду. За типом схематичної реалізації зворотного зв'язку розрізняють паралельний і послідовний зворотній зв'язок, відповідно до того паралельно чи послідовно з вхідним сигналом вмикається сигнал зворотного зв'язку.

Окрім того виділяють зворотний зв'язок за струмом чи напругою відповідно послідовно чи паралельно до вхідного сигналу змінюється сигнал зв'язку.

Uвих = К•Uвх і

При наявності зворотного зв'язку:

Uвх = Uс + Uзз, де Uс - напруга сигналу.

Uзз = в•Uвих, де в - коефіцієнт зворотного зв'язку. Тоді

Uвх = Uс + в•Uвих

Uвих = К(Uс + в•Uвих) /:Uс

Величина - коефіцієнт підсилення без зворотного зв'язку.

К0 = К(1+в? К0)

При наявності зворотного зв'язку:

Якщо зв'язок є додатний, то загальний коефіцієнт підсилення різко зростає. При від'ємному зв'язку К зменшується, в - додатне, тоді як в попередньому випадку в - від'ємне.

2.4 Вихідний опір схеми підсилення

108

При розрахунку вихідного опору підсилювача його моделюють як ідеальне джерело ЕРС, що навантажується на вихідний опір Rн. при наявності опору навантаження загальний струм в колі буде визначатися, як опором навантаження, так і вихідним опором каскаду:

При відсутності опору навантаження вихідна напруга буде рівна напрузі холостого ходу - це напруга джерела ЕРС.

,

2.5. Підсилювальний каскад за схемою із загальним емітером.

Основи графоаналітичного методу підсилення каскаду. Методи

термостабілізації із загальним емітером

Підсилювальні каскади із загальним емітером широко використовуються в електроніці, оскільки забезпечують підсилення сигналу за всіма параметрами і мають середнє значення вхідного та вихідного опору. Навантаження Rн може бути ввімкнене між колектором та одним із полюсів живлення. Якщо Rн ввімкнути замість Rк (колекторний опір), то спад напруги на навантаженні за фазою співпадатиме із вхідним сигналом.

Таке ввімкнення називають неінвертуючим.

108

Якщо Rн ввімкнути паралельно до переходу колектор-емітер, то фазність напруги на ньому буде протилежною до вхідного сигналу. Це ввімкнення - інвертуюче.

Вхідна напруга складається з напруги сигналу та напруги постійного зміщення:

Uвх = Uс + Uзм

Uс - змінна величина.

Uзм - це постійна напруга, яка визначає режими роботи каскаду за постійним струмом.

Вихідна напруга, тобто напруга на навантаженні визначається струмом колектора та опором колекторного навантаження для неінвертуючого ввімкнення:

Uвих = ік •Rк

Для інвертуючого ввімкнення:

Можна показати, що для змінної складової вхідної напруги, як в інвертуючому, так і в неінвертуючому випадках: Uвих = ік •Rн. Полюс Uж, який вмикається до колектора має бути протилежним знаку до його типу провідності. Величина колекторного струму: ік = іб • h21e.

Як видно із співвідношення величина вихідного струму визначається вхідним струмом, а відповідно і величиною вхідної напруги, що прикладена до схеми. Величина вхідного струму іб обмежена вхідним опором транзистора , але вхідний опір транзистора Rвх є нелінійною величиною, яка залежить від вхідної напруги: Rвх = f(Uвх).

108

Реально не лінійність вхідного опору приводить до нелінійної залежності і вихідного струму, що називають нелінійним спотворенням сигналу. Коефіцієнт нелінійним спотворень визначається вкладом додаткових гармонік, які з'являються у вихідному сигналі до основного сигналу.

А1, А2, …, Аn - амплітуди гармонічних складових у вихідному сигналі.

Для опису різних схем, що забезпечують різні можливості підсилювального сигналу, використовують різні класи підсилювачів: А, В, АВ, С, D.

Підсилювач класу А забезпечує найменші нелінійні спотворення сигналу, але характеризується порівняно низьким значенням ККД, оскільки в стані спокою, коли відсутній вхідний сигнал, транзистор знаходиться у привідкритому стані і через нього протікають значні струми втрат.

Графо-аналітичний метод дозволяє провести розрахунок режимів роботи транзистора в різних класах підсилення. При цьому використовується сімейство вхідних і вихідних характеристик і взаємозв'язок між ними.

108

Для підсилювача класу А точка спокою розміщується на середині лінії статичного навантаження NM. Точка спокою це точка П і А.

Амплітудне значення змінного сигналу за струмом: .

Воно не може перевищувати за модулем величини спокою колектора. Аналогічно максимальна величина амплітуди напруги є не більшою за половину напруги живлення.

В той же час потужність, яка постійно розсіюється на транзисторі, визначає параметри точки спокою.

Корисна потужність визначається ефективною площею на графіку коливань.

ККД для класу А складає не більше 49,5%.

Щоб підвищити ККД використовують режим класу В.

108

В цьому випадку струм спокою через транзистор є рівним нулю, Uзв також рівне нулю. Точка П на вхідних характеристиках зміщується у нульове положення. Оскільки транзистор буде закритим, то спад напруги Uкесп буде наближатись до точки М на вихідних характеристиках. UкеспUж

Струм колектора буде прямувати до нуля.

В режимі класу В струм спокою рівний 0, напруга спокою рівна Uж. Амплітуда коливань струму та напруги на навантаженні досягає максимальних значень. ККД складає 78%.

Недолік класу В - це нелінійні спотворення типу сходинки, що виникають за рахунок не лінійності вхідних характеристик.

Для лінеаризації характеристик і зменшення спотворення у вхідному колі можна включити додатковий опір Rбаластне. Тоді вхідний опір буде рівний:

Rвх = Rвх тр+ Rб

Чим більше Rб тим буде меншою не лінійність ходу, але разом з тим зменшується коефіцієнт передачі, оскільки значна частина опору спадає на Rб.

Для зменшення коефіцієнту гармонік і підвищення ККД використовують режим класу АВ, коли початковий струм і напруга (тобто робоча точка) розміщується на початку лінійної ділянки вхідної характеристики. Струм у вхідному колі протікає протягом часу меншого за півперіод сигналу.

108

Режим класу С реалізується при подачі у вхідне коло зворотного невеликого зміщення. Його можна зобразити на передаточних характеристиках.

В режимі класу С також зменшуються нелінійні спотворення сигналу при збереженні досить високого ККД.

Струм у вихідному колі протікає протягом часу меншого за півперіод. Застосовують такий режим для резонансних підсилювачів, коли можна забезпечити додаткове надходження енергії коливань в навантаження у випадках, якщо каскад працює в режимі генерації коливань.

Режим класу D - це ключовий режим, коли каскад працює в режимі великого сигналу. Весь основний час транзистор знаходиться в режимі відсічки або в режимі насичення. Вихідний сигнал має форму прямокутних імпульсів. ККД максимальний, а втрати зумовлені частотними параметрами транзистора, тобто тривалістю процесів перемикання його з відкритого у закритий стан і навпаки. Застосовується у цифровій та імпульсній техніці.

2.6 Резистивний каскад підсилення. Методи стабілізації

температурного режиму підсилювача за постійним струмом

108

Режими роботи за постійним струмом можна задати двома способами:

1. з допомогою фіксованого струму бази;

2. з допомогою фіксованого потенціалу бази.

При цьому використовують загальне джерело живлення вихідного каскаду. У І випадку між джерелом живлення та базовим електродом вмикання джерела струму. Оскільки вимогою для класифікації джерел струму є досить великий опір (вихідний), то найпростіше його можна реалізувати у вигляді резистора, що ввімкнений до Еж.

ІІ випадок. Для задання фіксованого потенціалу бази можна використовувати резистивний подільник R1, R2. Тоді початковий фіксований потенціал буде повністю визначатись співвідношенням:

.

Оскільки наявність шумових сигналів та наводок на вході може впливати на режим підсилення каскаду на вході за постійним струмом, то сигнали постійних завад на вході і виході підсилювального каскаду розділяють з допомогою роздільних конденсаторів Ср1 і Ср2.

108

При роботі підсилювача в режимі великих сигналів, а також в режимі класу А значна потужність розсіюється на самому підсилювальному елементі - транзисторі. Це може приводити до неконтрольованого зростання зворотного теплового струму через колекторний перехід.

Збільшення цього струму приводить до додаткового зростання струму через перехід база-емітер. Враховуючи, що емітерний перехід володіє певним вхідним опором Rвх, це приведе до постійного зростання вхідної напруги: , що є рівносильним зміні режиму роботи підсилювача за постійним струмом.

Для стабілізації режиму підсилювача за температурою, найбільш ефективним методом є застосування схем зворотного від'ємного зв'язку за струмом або напругою:

1. 108

для стабілізації з допомогою послідовного від'ємного зв'язку за струмом використовують той факт, що вихідний струм протікає не тільки в колекторному, а і в емітерному колі схеми із загальним емітером. Ввімкнення Rе призведе при зростанні теплового струму Іко до додаткового спаду напруги Uке.

Відповідно потенціал емітера відносно загального проводу в точці а зросте. Таким чином зростання потенціалу бази в точці б відносно загального проводу буде приводити до зростання потенціалу емітера, а різниця напруг ДUбе буде залишатися постійною, якщо Re>>Rвх. На лінії навантаження робоча точка А зміщується в положення А' при постійному зростанні струму. Введення від'ємного зворотного зв'язку з допомогою Re приводить до зміщення з точки А' в точку А''.

Разом з тим зменшується коефіцієнта підсилення каскаду за рахунок зростання вхідного опору схеми для змінної складової сигналу. Для уникнення цього в схему вводиться Се, який забезпечує зменшення вхідного опору для змінної складової керуючого сигналу.

2. стабілізація з допомогою паралельного від'ємного зворотного зв'язку за напругою здійснюється ввімкненням резистору зв'язку між колектором і базою транзистора. При цьому враховується, що схема схема із загальним емітером забезпечує інвертування сигналу, тому напруга, що подається з виходу на вхід є протифазною до вхідного сигналу. Для зменшення впливу термостабілізації на змінну складову сигналу на вході потрібно ввімкнути аналогічно до попереднього випадку елемент, який зменшує вхідний опір схеми, щоб він (С1) не шунтував вхідний сигнал Rзв, розділений на дві частини Rзв1 та Rзв2.

Іншим методом стабілізації є використання додаткових джерел струму.

2.7 Реалізація джерел струму з допомогою транзисторних каскадів

108

Оскільки вихідна характеристика транзистора при фіксованому вхідному струмі практично виходить на насичення, то це означає, що вихідний струм мало змінюється при значному коливанні вихідної напруги, тобто такий каскад володіє значним вихідним опором.

108

Якщо забезпечити режим роботи транзистора, при якому вхідний струм є стабільним, то зміни колекторного навантаження в певних межах не приведуть до значної зміни струму колектора.

Величину вихідного струму можна таким чином стабілізувати, задаючи вхідний струм. Для цього використовують стабілізацію потенціалу бази за допомогою прямо зміщеного діода (мал.а) або з допомогою ланки, що складається з стабілітрона VD і резистора Re (мал.б). В другому випадку можна одержати регульоване джерело струму за допомогою змінного Re.

2.8 Особливості каскадів підсилення схем емітерного та витокового повторювачів

108

Режими роботи польового транзистора задаються задаються аналогічно як і біполярного, однак, враховуючи те, що вхідний опір польових транзисторів є дуже великим, то резистор в колі витоку Rв може відігравати подвійну функцію, тобто використовується і як елемент температурної стабілізації, і як елемент, що разом з опором зміщення Rзм задає режим роботи підсилювача. Rзм необхідне для завершення кола гальванічного зв'язку між входом і виходом транзистора.

Емітерний та витоковий повторювачі - це підсилювальні каскади, що охоплені 100% від'ємним зворотнім зв'язком. В цьому випадку немає підсилення за напругою, а коефіцієнт підсилення за струмом:

100% зворотній зв'язок забезпечує теоретично необмежене зростання вхідного опору і зменшення до нуля вихідного опору, тому такі каскади використовують для узгодження високоомного джерела сигналу з низькоомним навантаженням

2.9 Повторювач струму типу струмове дзеркало

Для забезпечення заданих характеристик транзисторних каскадів за струмом або напругою використовують комбіноване ввімкнення кількох транзисторів.

108

Схема «струмове дзеркало» призначена для забезпечення стабільності величини струму у вихідному каскаді за рахунок стабільності вхідного струму.

Вона складається з двох транзисторів однакового типу провідності ввімкнених послідовно.

Транзистор VT1 ввімкнений у діодному режимі, оскільки колектор його замкнено з базою.

Відкриваючі напруги однакові: Uбе1 = Uбе2.

Якщо параметри транзисторів однакові, то однаковими будуть Іб1 = Іб2, Ік1 = Ік2.

Вихідний струм в схемі Івих = Ік2, тоді як вхідний струм Івх= Іб1 + Ік1 + Іб2.

Оскільки Іб1<<Iк2, то з достатньою степінню точності можна вважати, що .

Таким чином вихідний струм практично повторює струм вхідного кола.

2.10 Складені транзистори

108

Для забезпечення узгодження за вхідним та вихідним опором різних каскадів і можливості керування потужним вихідним каскадом з допомогою малопотужного сигналу використовують складені транзистори за схемами запропонованими Дарвінгтоном.

Такі схеми можна виконувати як на транзисторах одного типу провідності, так і на транзисторах різного типу провідності. При використанні транзисторів одного типу провідності схема має такі характеристики:

Вхідним струмом є Іб1, вихідний струм включає: Івих=Ік1+Ік2.

Величина колекторного струму визначається:

Ік1 = h21eІб1 + Ікбо1

Ік2 = h21eІб2 + Ікбо2

Струм бази другого транзистора: Іб2=Іе1=Іб1+Ік1.

Тому в загальному випадку, якщо знехтувати тепловими струмами Ікбо, можна записати:

Івих = Ік2 = h21е2(Іб1 + Ік1) = h21е2(Іб1 + h21е1Іб1)

Івих = Іб1(1+h21e1)h21e2Іб1h21e1h21e2

Вихідний струм визначається вхідним струмом вхідного транзистора і коефіцієнтом передачі:

2.11 Диференційний каскад підсилення

Диференційний каскад підсилення - це двокаскадний підсилювач, в якому в спільне емітерне коло обох каскадів ввімкнено джерело струму.

В найпростішому випадку джерело струму реалізується у вигляді джерела напруги, вихідний опір якого задається високоомним резистором Rе.

Такий каскад має як два входи, так і два виходи. Вхідний сигнал може бути синфазним (якщо подається на два виходи) і парафазним (якщо подається між входами).

Для живлення каскаду використовують двополярне дзеркало з середнім нульовим проводом.

ДUвих = ца - цб

108

Переваги цього каскаду полягають в тому, що при ввімкненні на вхід синфазних сигналів зміни потенціалів ца та цб будуть однаковими, тоді вхідний сигнал ДUвих = ца - цб = 0, тобто каскад є нечутливим до синфазних сигналів завад. При диференційному ввімкненні, коли на входи подаються пара фазні сигнали, зміни сигналів ца та цб є протилежними, тоді ДUвих = ца - (-цб) = ца + цб, такий сигнал підсилюється при симетричній схемі з подвоєним коефіцієнтом підсилення.

2.12 Багатокаскадні підсилювачі

В багатокаскадних схемах використовуються окремі каскади різні за функціональним призначенням. Найбільш типовою є структурна схема, що включає три каскади:

1. вхідний каскад, який забезпечує необхідний рівень підсилення сигналу для виділення його із сигналів шумів;

2. каскад, який, як правило, є підсилювачем потужності. Він може бути вихідним каскадом. Такі каскади виконують за двотактними схемами, що працюють в режимі В або АВ, або у вигляді потужних емітерних чи витокових повторювачів, якщо підсилювач повинен працювати на низькоомне навантаження.

3. узгоджуючий каскад. В якості узгоджуючого може використовуватись як каскад із загальним емітером, так і каскад із загальним колектором.

108

В багатокаскадних підсилювачах застосовують кола місцевого або загального зворотного зв'язку, який дозволяє забезпечити необхідний вигляд амплітудно-частотної характеристики. Міжкаскадний зв'язок може бути виконаний як у вигляді гальванічно розв'язаних, так і гальванічно зв'язаних кіл. Гальванічна розв'язка кіл забезпечена ємнісними елементами.

У наведеній схемі у вхідному каскаді підсилення резистор зворотного від'ємного зв'язку Re розділено на дві частини і тільки одна частина охоплена зворотнім зв'язком по змінній складовій Се1 (Re'). Таке рішення дозволяє збільшити вхідний опір каскаду і узгодити його з джерелом вхідного сигналу. Узгоджений каскад на транзисторі VT2 виконує за традиційною схемою з емітерною стабілізацією режиму транзистора за постійним струмом.

Вихідний каскад виконано у вигляді потужного емітерного повторювача на VT3. ланка загального зворотного зв'язку RзвСзв дозволяє ліквідувати завал АЧХ на високих частотах.

Для підсилення малозмінних сигналів, в якості яких можуть бути сигнали від випромінювальних перетворювачів, давачів тиску, зміщення використовуються так звані підсилювачі постійного струму. Вони аналогічні попередньому каскаду. Міжкаскадний зв'язок є гальванічний, так само як і кола зворотного зв'язку не повинні містити частотозалежних елементів.

Недоліки такої схеми полягають в присутності постійної складової на вході схеми, яка може впливати на вхідний сигнал. Якщо вихідний опір джерела сигналу буде гальванічно ввімкнений на вхід підсилювача і параметри його змінюються з часом, то це може привести до зміни режиму вхідного каскаду за постійним струмом. Для уникнення цього на вході вмикається додатковий резистивний подільник Rg1, Rg2, через який подається вхідний сигнал.

108

Проблемою в підсилювачах постійного струму є задання режиму роботи кожного наступного каскаду, оскільки в цьому випадку вхідний сигнал несе інформацію як про змінну, так і про постійну складову, а це означає, що в кожному наступному каскаді робоча точка повинна зміщуватись по лінії статистичного навантаження, а це призводить до зменшення амплітуди вихідного сигналу, а відповідно і загального коефіцієнта підсилення багато каскадного підсилювача.

Іншим методом забезпечення заданого режиму ППС є використання додаткового зміщення, полярність якого протилежна до напруги живлення каскаду.

Резистивні дільники за постійним струмом вмикаються через додаткове джерело -Uзм.

2.13 Вихідні каскади підсилювачів потужності

В якості вихідних каскадів, як правило, використовують двотактні схеми, що працюють в режимі В або АВ завдяки їх високому ККД.

Виділяють безтрансформаторні і трансформаторні схеми підсилювачів.

Перші характеризуються малими масогабаритними показниками і реалізуються в інтегральних схемах.

Другі як правило застосовують вхідний і вихідний диференційний трансформатор з виводом від середньої точки відповідно вторинної і перевинної обмотки.

108
108
108

В таких схемах одне плече забезпечує підсилення одного півперіоду синусоїдального сигналу. ЕРС, що наводиться у первинній обмотці вхідного трансформатора забезпечує аналогічну полярність ЕРС у вторинній обмотці. За рахунок її диференційності, напруга прикладається до баз транзисторів.

В один півперіод полярність ЕРС перевинної обмотки VT2 буде відкриваючою для VT1 і закриваючою для VT2.

Струм протікатиме через відкритий VT1 і половину первинної обмотки ТР2. в другий півперіод полярність ЕРС на вторинній обмотці ТР1 буде протилежною і відкритим стане транзистор VT2. струм у первинній обмотці ТР2 буде протікати по іншій частині обмотки і в протилежному напрямку, а полярність ЕРС на навантаженні Rн змінити свій напрямок.

Без трансформаторні вихідні каскади виконують на транзисторах однакового або різного типу провідності.

Вхідний сигнал будь якої полярності автоматично є відкриваючим для одного транзистора і закриваючим для іншого. Завдяки використанню двополярного джерела живлення струм у навантаженні матиме протилежний напрямок в різні півперіоди вхідного сигналу.

Якщо використати транзистори однакового типу провідності, то для забезпечення стабільності роботи транзистора навантаження вмикають через роздільний конденсатор, акумулюють транзистор з допомогою додаткового фазоінвертуючого каскаду.

108

На даній схемі відкриваючі потенціали для різних транзисторів VT2, VT3 знімаються з колектора та емітера транзистора VT1. оскільки ці потенціали є протифазними один відносно іншого, то вони забезпечують комутацію транзисторів однакового типу провідності.

При комутації транзисторів однакового типу провідності в один півперіод, коли VT2 відкрите, струм через навантаження протікає завдяки струму зарядки конденсатора Ср. В другому півперіоді VT2 закритий, VT1 - відкритий. Заряджений конденсатор розряджається і забезпечує протилежну полярність вихідного струму і напруги.

В реальних схемах використовують спеціальні зміщення початкового потенціалу баз вихідних транзисторів з допомогою прямозміщених р-n переходів та так звані пристрої вольтодобавки, що забезпечують підвищення значеня напруги живлення вихідних каскадів.

Діоди VD1, VD2 забезпечують додаткове початкове зміщення потенціалів баз транзисторів для реалізації режиму роботи підсилювача класу АВ, окрім того забезпечує додаткову термостабілізацію каскаду.

Резистор Rk' та конденсатор Сд виконує роль вольтодобавки, за рахунок перезарядки конденсатора в різні півперіоди вихідного сигналу. Зворотній зв'язок через R1, а також емітерні резистори Rе1 та Rе2 забезпечують зменшення вихідного опору каскаду.

3. Операційні підсилювачі

3.1 Структурна схема та основні параметри операційних

підсилювачів

108

Операційні підсилювачі - це пристрої, виконані на основі схем підсилювачів постійного струму, які призначені для функціональної обробки сигналів.

Ідеальний підсилювач володіє коефіцієнтом підсилення, що прямує до безмежності, безмежним вхідним та практично нульовим вихідним опором і безмежною смугою пропускання. Такі підсилювачі реалізують на основі кількох диференційних послідовно ввімкнених каскадів підсилення. Вони можуть вмикатись як в однополярному, так і в диференційному зміщенні. Завдяки безмежному коефіцієнту підсилення параметри ОП повністю визначаються колами зворотного зв'язку. Такий підсилювач має вхідний інвертуючий та неінвертуючий сигнали, вихідний електрод та клеми для ввімкнення біполярного живлення.

Основні параметри підсилювача:

1. Вхідна напруга

2. Вхідний струм

Ці параметри вказують на номінальні значення вхідних сигналів, що забезпечують заданий, як правило, одиничний рівень підсилення.

3. 108

4. Коефіцієнт підсилення (~105, 106)

5. Вхідний опір

Розрізняють диференційний опір, який вимірюється між входами (інвертуючим та неінвертуючим) та синфазний, що вимірюється між загальним проводом та паралельно замкненими входами.

6. Вихідний опір (~10,100 Ом)

7. Гранична смуга підсилення

8. Швидкість зростання вихідного сигналу (1В за 1мкс)

Структурна схема типового ОП складається з вхідного каскаду узгодження і вихідного каскаду потужності.

108

Вхідний каскад на транзисторах VT1, VT2 виконується у вигляді диференційного підсилення. Живлення його забезпечується схемою струмового дзеркала на транзисторах VT3, VT4. узгоджений каскад є також диференційним, але виконаний він на транзисторах протилежного типу провідності відносно вхідного каскаду. Сигнал на вихідний каскад VT8, VT9 подається через схему з загальним емітером VT7. для корекції нуля вихідного сигналу при відсутності вхідного застосовують додаткове коло корекції від зовнішнього джерела через Rкор.

Вихідні Re' та Re'' зменшують вихідний опір схеми. Передаточна характеристика ОП є практично лінійною з досить малим значенням динамічного діапазону за вхідним сигналом. Вихідна напруга є дещо меншою за напругу живлення.

3.2 Типові схеми ввімкнення та реалізації математичних операцій з

допомогою операційних підсилювачів

1. Повторювач напруги

108



Перейти к полному тексту работы



Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.