Усилительный каскад в схеме с общим коллектором

В данной схеме коллектор транзистора заземлён по переменному току через нулевое сопротивление источника питания, и является общим контактом для входного и выходного сигнала. В этой схеме так же входной ток изменяет ток коллектора, а, следовательно, и эмиттера. Это приводит к изменению напряжения на эмиттерном сопротивлении, которое через разделительную ёмкость передаётся в нагрузку.

1.

2.

Идеальный операционный усилитель должен обладать следующими свойствами:

- дифференциальный коэффициент передачи (усиления) − неограниченно большая величина,

- бесконечно большое входное сопротивление,

- нулевое выходное сопротивление,

- полностью подавляет синфазную составляющую сигнала,

- бесконечная полоса пропускания.

,

3.

4.

Сигнал, равный разности напряжений на входах ДУ, называется дифференциальным ().

Билет 5 Стабилизация режима работы и параметров усилительных элементов. Приемы, методы и схемы стабилизации. Источники и величина нестабильности.

Пусть I _эп и I _бп – токи эмиттера и базы в рабочей точке. Тогда для коллекторного тока покоя можно записать I _кп= I _кб0+ I _эп h _21б, где I _кб0 – обратный ток коллекторного перехода в схеме с ОБ. Можно выделить три основные причины изменения тока коллектора I _кппри изменении температуры T: 1) ток I _кб0 с ростом температуры увеличивается; 2) коэффициент передачи тока базы h _21э с ростом температуры также увеличивается; 3) напряжение перехода база – эмиттер U _бэ с ростом температуры T уменьшается. Температура T усилительных элементов может изменяться из-за изменения температуры окружающей среды или самонагрева усилительных элементов. Сильнее всего от температуры T зависит ток I _кб0. Так как I _кэ0=(h _21э+1) I _кб0, то ток I _кэ0 во много раз больше I _кб0, поэтому смещение рабочей точки за счет изменения I _кб0 особо опасно для схемы с ОЭ и менее существенно для схемы с ОБ.

Схема со стабилизацией фиксированным током базы. Величина тока покоя базы задается номинальным значением сопротивления R _б (рис. 3.19 а), так как . Таким образом, ток I _бп почти не изменяется при изменении U _бэ с ростом температуры T, но ток I _кп относительно последней оказывается незастабилизированным. Это является основным недостатком данной схемы стабилизации. Сопротивление резисторов делителя R ₁ и R ₂ выбирают так, чтобы выполнялось соотношение I _дел»(5¸10) I _бп для маломощных транзисторов и I _дел»(2¸5) I _бп для мощных (рис. 3.19 б). В этом случае при изменении температуры напряжение на базе.

транзистора остается почти неизменным. Недостаток данной схемы тот же, что и у схемы с фиксированным током базы.

Схема эмиттерной температурной стабилизации. Наиболее распространенной является схема эмиттерной термостабилизации, представленная на рис. 3.19 в. Здесь для температурной стабилизации рабочей точки введена отрицательная обратная связь (ООС) по току, для чего в цепь эмиттера включено сопротивление R _э. Резистивный делитель R ₁, R ₂ предназначен для поддержания неизменным потенциала на базе транзистора.

Схема коллекторной температурной стабилизации. Введение ООС по напряжению с помощью резистора R ₁ улучшает термостабильность усилительного каскада, называемого в этом случае каскадом с коллекторной термостабилизацией (рис. 3.19 г).

Коэффициент нестабильности. Влияние изменения тока I _кб0 на ток коллектора I _к количественно принято характеризовать коэффициентом нестабильности s (или S) . Чем меньше коэффициент s, тем меньше изменение I _кб0 влияет на изменение коллекторного тока

Нелинейные преобразования гармонических сигналов на ОУ. Ограничители, выпрямители, детекторы, схема сжатия входного сигнала. Принципиальные схемы, принцип работы, рекомендации по выбору элементов схемы.

Ограничителями называются схемы, выходное напряжение которых не может превышать определенную величину. Эффективное ограничение можно обеспечить в схемах с инвертирующим включением ОУ, установив стабилитрон между выходом и инвертирующим входом. Достоинство такого способа состоит в том, что ОУ не входит в режим ограничения выходного тока.

Активные выпрямители. Под выпрямлением аналогового сигнала понимается нелинейная операция над ним, при которой все его текущие значения на выходе схемы выпрямления при одной из его полярностей воспроизводятся неискаженно, а при другой – не воспроизводятся вообще, так как отсекаются. При этом двухполярный сигнал преобразуется в однополярный. В результате с помощью схемы выпрямителя можно осуществлять операцию эффективного и неискаженного выпрямления сигналов любого уровня, в том числе и сигналов очень малой интенсивности. Схема простейшего однополупериодного активного выпрямителя
построена на основе неинвертирующего повторителя. Он пропускает в нагрузку лишь положительные полуволны входного напряжения. Даже при очень малом положительном на­пряжении на входе выходное напряжение ОУ уже достаточно для открывания диода VD. При идеальном ОУ U _{вх д} = 0 и все устрой­ство в рабочем полупериоде является идеальным повторителем на­пряжения. При отрицательном напряжении на входе диод закрыт выход­ным напряжением ОУ, которое, следовательно, не передается ни в нагрузку, ни в цепь ОС. Поэтому U _{вх д} = U _вх >0.

Пиковые детекторы предназначены для измерения максимального за некоторый отрезок времени значения сигнала. Работу пикового детектора можно пояснить на примере простой схемы, состоящей из идеальных диода и конденсатора. Пиковые детекторы могут работать в двух различных режимах – слежения и хранения. В режиме слежения входной сигнал больше ранее запомненного пикового значения, и выходное напряжение детектора соответствует входному до тех пор, пока входное напряжение не начнет снижаться. В этот момент устройство переходит в режим хра­нения, в котором будет оставаться до тех пор, пока входное напряжение вновь не превысит ранее достигнутого уровня. Показанный на рис. простой детектор имеет несколько недо­статков. Во-первых, зафиксированное выходное напряжение не остается постоянным из-за разряда конденсатора. Во-вторых, при выборе емкости конденсатора приходится учитывать два противоречивых требования: уменьшения скорости спада и повышения скорости нарастания.

Простой двухкаскадный пиковый детектор изображен на рис. В этой схеме ОУ А ₁ заряжает конденсатор до пикового значения, а ОУ А ₂ выполняет роль буферного повторителя. Когда входное напряжение пре­высит хранимое на конденсаторе С, тогда выходное напряжение ОУ А ₁ начнет уве­личиваться, а конденсатор – заряжаться через диод VD ₁. Таким образом, пока напряжение U _вх растет, петля обратной связи ОУ А ₁ замкнута через диод VD ₁ и напряжение на конденсаторе С отслеживает входное. Как только входное напряжение начинает уменьшаться, ОУ А ₁ переходит в состояние отрицательного насыщения, поскольку цепь его обратной связи размыкается. Конденсатор С оказывается изолированным от выхода А ₁ и хранит установившееся на нем напряжение.

В ряде случаев динамический диапазон входного сигнала может превышать динамический диапазон линейных аналоговых устройств. Одним из путей решения этого вопроса является применение схем сжатия сигнала, коэффициент передачи которых обратно пропорционален уровню входного сигнала Схема выглядит как двухсторонний логарифми­ческий преобразователь, однако отличается тем, что не имеет разрыва в нуле, свойственного лога­рифмической функции. Сопротивление R _ос обеспечивает линейную зону около нуля, что обеспечи­вает конечное усиление сигналов очень малой амплитуды. Если диоды Д₁ и Д₂ включить параллельно сопротивлению R ₁, то схема (см. рис. 4) будет работать как схема расширителя. Схема расширения используется для преобразова­ния сжатых сигналов к их первоначальной форме или для различения близких по амплитуде малых сигналов.