Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка - страница 14

3.9.4. Вибіркові підсилювачі

Вибіркові підсилювачі застосовують, якщо необхідно із сукупності вхідних сигналів широкого діапазону частот виділити групу сигналів, близьких за частотами, що несуть корисну інформацію (наприклад, при налаштуванні радіоприймача на конкретну станцію). АЧХ такого під­силювача має вузьку смугу підсилюваних частот, як це показано на рис. 3.40 (порівняйте з рис. 3.31).

Вибіркові підсилювачі зазвичай будують як підсилювачі з СЕ, колек­торним навантаженням яких є паралельний LC-контур, що налашто­вується у резонанс на деяку частоту w тому їх ще називають резо­нансними підсилювачами.

3. ПІДСИЛЮВАЧІ ЕЛЕКТРИЧНИХ СИГНАЛІВ. ПІДСИЛЮВАЧІ НАПРУГИ ЗМІННОГО СТРУМУ121

Схему вибіркового (ре­зонансного) підсилювача наведено на рис. 3.41. У нього

Ku А

со.

1

0

U0

42

і А

" і і

_і

Аю

Рис. 3.40 - АЧХ вибіркового підсилювача

С1

Uex

R1

-о +

. Ск Lk

- індуктивність і ємність контуру.

Зв'язок із навантажен­ням (часто це наступний каскад підсилення) може бути трансформаторним -як підімкнене на­вантаження R' -

н

або резистивно-ємнісним - як підімкнене наван­таження R .

н

За низьких час­тот (тисячі і де­сятки тисяч герц) застосування LC- ^ контурів недо­цільне,  бо тут низька їх доб­ротність, великі    Рис. 3.41 - Вибірковий (резонансний) підсилювач габарити та маса. У такому разі застосовують підсилювачі з час­тотно-залежними зворотними зв'язками, зазвичай резистивно-ємнісними.

VT1

С2

4h

R2

:Се

Rh

1. Поясніть, коли виникає потреба у електронних підсилювачах і у чому полягає принцип підсилення.

2. Вкажіть, як класифікують підсилювачі і які основні парамет­ри і характеристики вони мають.

3. Що таке підсилюючий каскад?

4. Які Ви знаєте режими роботи підсилюючого каскаду та чим вони забезпечуються?

5. Наведіть схеми задання режиму спокою підсилюючого каска­ду і поясніть принцип їхньої дії.

6. Чому виникає потреба у температурній стабілізації підсилю­вача і як вона забезпечується?

7. Наведіть схеми та поясніть за допомогою часових діаграм принцип дії підсилюючих каскадів з СЕ, СБ, СК, СВ, та СС.

8. Що таке зворотні зв'язки в підсилювачах і як вони впливають на їхні параметри та характеристики?

9. Як будують багатокаскадні підсилювачі? Поясніть особли­вості їхньої роботи за допомогою амплітудної характерис­тики і АЧХ.

10. Як забезпечується зв'язок між каскадами багатокаскадних підсилювачів?

11. У чому полягають особливості роботи вихідних каскадів підси­лення? Наведіть схеми і поясніть принцип дії трансформа­торних і безтрансформаторних вихідних каскадів.

1 2. Наведіть схему і поясніть принцип дії вибіркового підсилювача.

РОЗДІЛ 4

ПІДСИЛЮВАЧІ постійного струму

4.1. Загальні відомості

У вимірювальній техніці, автоматиці, системах автоматичного керу­вання і т.п. широко застосовують пристрої, що мають назву датчиків (давачів). Вони є перетворювачами неелектричних величин у електричні, часто - у напругу постійного струму. їхня вихідна напруга пропорційна таким неелектричним величинам як температура, тиск, освітленість і т.ін. Рівень вихідних напруг датчиків невеликий, із часом вони мало-змінні або взагалі незмінні. Для підсилення таких сигналів і викорис­товуються підсилювачі постійного струму (ППС).

АЧХ ППС зображена на рис. 4.1. її kul особливість полягає у тому, що нижня гра- [

лу, каскадами і навантаженням. Тобто, Рис. 4.1 - АЧХ ППС

ППС є підсилювачем із безпосередніми зв'язками.

Наявність розділяючих елементів, які забезпечують розділення за постійним струмом і зв'язок за змінним, надавала ту перевагу, що ре­жим і-го каскаду за постійним струмом не впливає на роботу інших каскадів, джерела сигналу або навантаження.

У підсилювачах з безпосередніми зв'язками вплив дестабілізуючих факторів (наприклад, змін із часом температури або напруги живлення) на режим спокою каскаду призводить до того, що, навіть за відсут­ності вхідного сигналу, на виході підсилювача може з'являтися напруга, що навантаженням буде сприйматися як результат підсилення деякого вхідного сигналу. Це явище має назву дрейфу нуля ППС.

Дрейф нуля зумовлюється зміною вихідної напруги за визначений проміжок часу при відсутності вхідного сигналу:

нична частота діапазону підсилюваних сиг­налів дорівнює нулю. Отже, є можливість підсилення сигналів постійного струму.

Схемотехнічно це забезпечується від­сутністю розділяючих конденсаторів або трансформаторів між джерелом сигна-

7      Udp max     Udp min

d = v-—» (4.7;

де U    , U    - відповідно максимальне та мінімальне значення ви-

op max7     ар min

хідної напруги за визначений проміжок часу; KU - коефіцієнт підсилення.

Для зменшення дрейфу в ППС застосовують елементи термостабі-лізації, запроваджується жорстка стабілізація напруги живлення та, найчастіше, використовують спеціальні балансні схеми.

4.2. Підсилювач прямого підсилення

Найпростішим представником ППС є підсилювач прямого підси­лення з безпосередніми зв'язками. Розглянемо схему двокаскад­ного підсилювача прямого підсилення, зображену на рис. 4.2.

Рис. 4.2 - Двокаскадний підсилювач постійного струму прямого підсилення Він складається з двох каскадів, виконаних за схемою з СЕ. При­значення елементів те ж саме, що і у підсилювачах змінного струму.

За принципової неможливості застосування реактивних розділяючих елементів, щоб забезпечити виключення впливу напруг, що відповіда­ють режиму спокою каскадів, на джерело сигналу і на навантаження, останнє тут підімкнуто між колектором VT2 та середньою точкою дільника R/d], R/02, а вхідний сигнал подано на базу VT1 відносно серед­ньої точки дільника Rd], R02. Величини опорів резисторів Rd], R02, R/d], R/o2 добирають якомога меншими за величиною та таким чином, щоб за е, =0 на виході було U  = 0.

дж J Вхідний сигнал, що надходить до входу першого каскаду, підсилюється і з колектора транзистора VT1 подається на вхід другого каскаду, ви­конаного на транзисторі VT2. Після повторного підсилення сигнал над­ходить на навантаження Rb.

На відміну від підсилювача змінного струму, де режим спокою ви­бирається за умов найліпшого підсилення вхідного сигналу і не впли­ває на навантаження завдяки наявності реактивних елементів зв'язку, у цьому підсилювачі процеси протікають по-іншому.

Напруга спокою першого каскаду UgK безпосередньо подається на вхід другого і, якщо не вжити спеціальних заходів, під її дією транзистор VT2 насичується. Тобто ні про яке підсилення не може йти мови. Для того, щоб виключити це явище, до емітерного кола VT2 вводять резистор RE2, на якому падає напруга UE2, що компенсує напругу U0K, оскільки спрямована зустрічно. Тобто виконується умо­ва  U0K - UE2 =  U0E;   UE2 = RE2 T0E2 , дЄ 70E2 ~ СТрум емітера у режимі

спокою. Наявність великих RE1 та RE2 призводить до виникнення в схемі глибоких НЗЗ, що значно знижує коефіцієнт підсилення. Тому такі підсилювачі мають обмежену кількість каскадів (зазвичай не більше двох).

Для того, щоб знизити величину емітерного опору, можна викорис­тати дільник напруги RE2, Ro (зображений на рис. 4.2 пунктиром). У цьому випадку навіть на малому опорі RE2 можна одержати потрібний рівень напруги. Але це призводить до підвищення втрат потужності, а отже, до зниження к.к.д.

Коефіцієнт підсилення схеми у цілому:

Ku = Ku\Ku 2, і4-2)

де Km =ві ^ - (4-3)

Rex1

коефіцієнт підсилення першого каскаду;

RK1 = rk1 || R || r2 || ReX2; (4.4)

Ku2 =Р2 ^ - (4.5)

коефіцієнт підсилення другого каскаду;

R'ki = Rk2 || (Rh + Rdl || R2). (4.6)

Даний підсилювач має велике значення дрейфу нуля і використовуєть­ся у випадках, коли немає високих вимог до якості підсилення. Для підвищення стабільності схеми у якості RE1 і RE2 іноді застовують термо-резистори.

4.3. Балансні ППС

Едж Р

Балансні ППС будуються на основі чотириплечого моста з паралельним балансом, схему якого наведено на рис. 4.3.

r1 r3

якщо

Рис. 4.3 - Чотириплечий міст R R/t

Напруга на виході мосту не залежить від змін напруги живлення чи від пропорційних змін параметрів плечей.

На рис. 4.4 зображена найпростіша схема балансного підсилювача.

І0к1 І

R1 v

VT1

І0К2

Rh

и(+) X

?(-) І

R2

V

UoK1 UoK2

Ro

R'k1

VT2

Re1

У 'Е1

-I i-

JL

R '1 -o +

Ек

Г

R'2

Рис. 4.4 - Балансний підсилювач Він складається з двох каскадів на транзисторах VT1 і VT2. Причо­му параметри елементів обох каскадів повинні бути однаковими (у тому числі і транзисторів, що досить важко виконати): R1=R1/; R2=R2/; RK1=RK1/=RR. Навантаження Rb вмикається між колекторами транзисторів.

Підсилювач являє собою чотириплечий міст, де роль резистора R1 виконує R^j, R2 - опір транзистора VT1, R3 - R/^1, R4 - опір транзистора VT2.

За відсутності вхідного сигналу напруга на навантаженні дорівнює нулю (якщо схема абсолютно симетрична). Дрейф нуля практично у 20 , 30 разів менший, ніж у підсилювача з безпосередніми зв'язками, оскільки визначається різницею І та І Маємо випадок, коли з двох каскадів, що мають низькі показники якості, отримано один з високими показниками.

За наявності вхідного сигналу з полярністю, що вказана на рис. 4.4, транзистор VT1 трохи відкривається, його колекторний струм зростає, а транзистор VT2 пропорційно закривається і його колекторний струм зменшується. Внаслідок цього на навантаженні Rb з'являється напруга розбалансу.

Коефіцієнт підсилення становить:

K = в f, де Rk

Rk

її Rh • (4.7)

Недоліком такого ППС є наявність значного НЗЗ, зумовленого ве­ликими значеннями R  і R .

E1 E2

Виключити цей недолік дозво­ляє схемотехнічне рішення, на­ведене на рис. 4.5.

Тут справедливі такі спів­відношення:

AUE = RE(МЕі +МЕ2);

R2

Рис. 4.5 - Вилучення впливу НЗЗ у балансному підсилювачі

АІe = -АІE2; AUe = 0.

Таким чином, відносні зміни струмів емітерів під дією вхідного сиг­налу взаємно компенсуються, виключаючи НЗЗ за підсилюваним сиг­налом. НЗЗ за постійним струмом залишається.

R0, крім того, що вирівнює потенціали емітерів, як і в попередній схемі, у даному разі ще й забезпечує балансування схеми при незначних від­хиленнях параметрів елементів.

12В

ЕЛЕКТРОНІКА І МІКРОСХЕМОТЕХНІКА

4.4. Диференційний ППС

Балансний підсилювач, у емітерне коло якого замість RE увімкнене джерело струму (наприклад, транзистор, якому задано фіксоване зна­чення струму бази), має назву диференційного (різницевого - бо підсилює різницю напруг між входами) підсилювача. Його схему на­ведено на рис. 4.6.

Щодо нього слід зазна­чити наступне.

Такі підсилювачі зазви­чай живляться від двополяр-ного джерела - ERp E^.

Вхідний сигнал може бути подано не тільки як диференційний (між входа­ми Вх. 1 і Вх. 2). Його мож­на також подавати на будь-який з входів відносно точ­ки з нульовим потенціалом.

Режим спокою при цьому забезпечується заданням такої величини струму І що, при подачі на обидва входи нульового потенціалу,

потенціали обох виходів також дорівнюють нулеві. Так забезпечується виключення впливу каскаду на джерело сигналу та навантаження, а також взаємного впливу каскадів багатокаскадного підсилювача.

Навантаження також може бути підімкнене не тільки між обома ви­ходами (симетричний вихід), але й до одного виходу і нульової точки (несиметричний вихід). При цьому, якщо це, наприклад, Вих. 2, то Вх. 1 для нього буде неінвертуючим: зміни сигналу на виході співпадають за знаком (фазою - для змінного струму) зі змінами вхідного сигналу; Вх. 2 буде інвертуючим: зміни вихідного сигналу за знаком (фазою) протилежні змінам вхідного.

При несиметричному виході один з колекторних резисторів (від якого не робиться вихід) можна закоротити, тобто не встановлювати.

Вих.1 о

Вх.1

Ек1

Ек2

Рис. 4.6 - Диференційний підсилювач

Якщо на обидва входи подати відносно нульової точки однакові за знаком і напругою сигнали (синфазний сигнал), то напруга на виході дорівнюватиме нулю - підсилювач підсилює тільки різницевий сигнал!

Диференційні підсилювачі знайшли широке використання при побу­дові ППС у інтегральному виконанні.

4.5. Підсилювачі з подвійним перетворенням

Для зниження дрейфу нуля поряд із балансними схемами застосову­ють схеми з подвійним перетворенням підсилюваного сигналу.

Похожие статьи

Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка