- •Часть II
- •Общие сведения…………………………………………………………. 46
- •Общие сведения………………………………………………………… 51
- •Общие сведения……………………………………………………………. 80
- •Основные сокращения
- •1. Обратные связи в аэу
- •1.1. Основные понятия
- •1.2. Влияние ос на передаточные свойства устройства
- •1.3. Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления
- •1.4. Влияние обратной связи на стабильность коэффициента передачи
- •1.5. Влияние обратной связи на амплитудно-частотную, фазочастотную и переходную характеристики
- •1.6. Влияние обратной связи на внутренние помехи
- •1.7. Влияние обратной связи на нелинейные искажения
- •1.7. Устойчивость устройств с обратной связью
- •2. Режимы работы и цепи питания усилительных элементов
- •2.1. Режимы работы усилительных элементов
- •2.1.1. Режим а
- •2.1.2. Режим в
- •2.1.3. Режим с
- •2.1.4. Режим d
- •2.2. Температурная нестабильность режима биполярного транзистора
- •2.3. Температурная нестабильность режима полевого транзистора
- •2.4. Методы стабилизации
- •2.5. Обобщенная схема задания и стабилизации рабочей точки
- •2.6. Схема эмиттерной стабилизации
- •2.7. Схема коллекторной стабилизации
- •2.8 Цепи питания полевых транзисторов
- •2.8.1. Цепи питания с фиксацией напряжения на затворе
- •2.8.2. Схемы истоковой стабилизации
- •2.9. Генераторы стабильного тока
- •3. Каскады предварительного усиления
- •3.1. Особенности каскадов предварительного усиления
- •3.2. Резисторный каскад на биполярном транзисторе
- •3.2.1. Принципиальная и эквивалентная схемы
- •3.2.2. Область средних частот
- •3.2.3. Область нижних частот и больших времен
- •3.2.4. Область верхних частот и малых времен
- •3.3. Коррекция амплитудно – частотных и переходных характеристик
- •3.3.1. Общие сведения
- •3.3.2. Схема эмиттерной высокочастотной коррекции
- •3.3.3. Схема индуктивной высокочастотной коррекции
- •3.3.4. Схема низкочастотной коррекции
- •3.4. Дифференциальный каскад
- •3.4.1. Общие сведения
- •3.4.2. Принцип действия
- •3.4.3. Параметры дифференциального каскада
- •3.5. Усилительные каскады на составных транзисторах
- •3.5.1. Общие сведения
- •3.5.2. Резисторный каскад на составном транзисторе
- •3.6. Усилительные каскады с динамическими нагрузками
- •4. Устойчивость операционных усилителей
- •4.1. Устойчивость многокаскадного усилителя постоянного тока
- •4.2. Условия устойчивости операционных усилителей
- •4.3. Коррекция ачх операционных усилителей
- •4.4. Косвенные признаки относительной устойчивости
- •4.5. Влияние емкости нагрузки и входной емкости на устойчивость оу
- •4.6. Частотная коррекция в цепи ос
- •5. Обработка аналоговых сигналов операционными усилителями
- •5.1. Инвертирующий усилитель
- •5.2. Неинвертирующий усилитель
- •5.3. Суммирующий усилитель
- •5 .4. Дифференциальный усилитель
- •5 .5. Интегратор
- •5.5. Дифференциатор
- •5.7. Логарифмирующие и антилогарифмирующие усилители
- •6. Перемножители напряжений
- •Общие сведения
- •6.2. Перемножители с переменной крутизной
- •6.3. Интегральные перемножители и их параметры
- •Особенности применения интегральных перемножителей
- •7. Компараторы напряжения
- •7.1. Назначение, параметры
- •7.2. Особенности применения полупроводниковых компараторов
- •7.3. Специализированные компараторы на операционных усилителях
- •Однопороговые компараторы
- •Регенераторные компараторы
- •Двухпороговые компараторы
- •8. Литература
3.2.2. Область средних частот
Для любого линейного четырёхполюсника коэффициент передачи по напряжению (табл. 4.1 в [1])
, (3.1)
где y2 и – проводимость и сопротивление нагрузки.
Если БТ включен по схеме с ОЭ, то (выражения (4.9)...(4.11) в [1])
(3.2)
В области средних частот (рис. 3.3, а) у21=g21, у22=g22, . Подставляя эти выражения в (3.1), получим
. (3.3)
Как правило, g22R2<<1 и
. (3.4)
Знак минус перед правой частью в (3.3) и (3.4) говорит о том, что схема с ОЭ меняет полярность усиливаемого сигнала (вносит постоянно действующий фазовый сдвиг, равный ).
3.2.3. Область нижних частот и больших времен
К ак уже отмечалось, на область нижних частот и больших времен влияют СР и СЭ (рис. 3.3, б). Для упрощения анализа можно считать что эти конденсаторы влияют на АЧХ и ПХ независимо друг от друга, т.е., изучая влияние одного конденсатора, второй полагаем равный бесконечности (его сопротивление равно нулю). Если конденсаторы вносят небольшие искажения, то это не создает заметной ошибки.
Рассмотрим влияние разделительного конденсатора СР2 = СР, при СЭ = .
Полагая g22 = 0 и применяя теорему об эквивалентном генераторе к участку цепи, лежащему левее точек а, б (рис. 3.3, б), получим эквивалентную схему на рис. 3.4.
Передаточная функция такой схемы имеет вид:
, (3.5)
где –постоянная времени разделительной цепи. Из (3.5) следует уравнение нормированной АЧХ
, (3.6)
и выражение для нижней частоты среза
. (3.7)
Таким образом, для расширения полосы пропускания в сторону нижних частот, (для уменьшения fHС) необходимо, увеличивать постоянную времени Р (рис. 3.5), как правило, за счет увеличения емкости разделительного конденсатора. Однако у конденсатора большой емкости мало сопротивление изоляции (утечки), а его размеры и масса возрастают и могут превышать пределы, допустимые для размещения в корпусе ИМС. Кроме того, крупный конденсатор имеет большую монтажную емкость, что ограничивает полосу пропускания в сторону верхних частот.
Подставляя (3.7) в (3.6), получим более распространенную форму записи уравнения АЧХ
(3.8)
С учетом (3.7) из (3.5) находим уравнение ФЧХ резисторного каскада в области нижних частот (рис. 3.6)
. (3.9)
Найдем уравнение ПХ. Из (3.5) следует, что
,
где – изображение нормированной ПХ. Переходя от изображения к оригиналу, получим исходное уравнение ПХ (рис. 3.7)
. (3.10)
Спад плоской вершины импульса
.
При tИ/р<0.1 , тогда
. (3.11)
Таким образом, для уменьшения спада надо увеличивать Р , т.е. принимать те же самые меры, что и для расширения полосы пропускания в сторону нижних частот.
Из (3.7) и (3.11) следует связь между частотными и переходными искажениями
. (3.12)
Теперь рассмотрим влияние конденсатора в цепи эмиттера СЭ на АЧХ и ПХ, полагая СР = .
П ри Сэ = других реактивностей в эквивалентной схеме (рис. 3.3, б) нет и АЧХ имеет вид прямой (идеальна!) (рис. 3.8). При СЭ = 0 за счёт RЭ возникает частотно-независимая ООС, которая уменьшает коэффициент усиления. При СЭ = const ООС нейтрализуется только в области средних частот. С понижением частоты сопротивление растет и появляется ООС (последовательная и по току), глубина которой тем больше, чем ниже частота (кривая 1). Если увеличить емкость СЭ, то ОС будет включаться позже (кривая 2), т.е. произойдет расширение полосы пропускания в сторону нижних частот.
Для получения расчетных соотношений обобщенным методом узловых потенциалов определяем y-параметры четырехполюсника, обведенного на рис. 3.3,б штриховыми линиями
, (3.13)
где , , g = g11+ g12+ g21+ g22.
П одставляя (3.13) в (3.1), после несложных преобразований получим
. (3.14)
Здесь
(3.15)
глубина ООС, возникающая за счет конечного значения емкости конденсатора в цепи эмиттера (рис. 3.9). Из (3.14) и (3.15) находим уравнение АЧХ каскада при СР=
(3.16)
Е сли на частоте fН допустимый уровень частотных искажений не должен превышать уН, то величина емкости СЭ выбирается из соотношения
.
На рис. 3.10 приведены ПХ каскада в области больших времен в предположении, что СР = . При СЭ = и СЭ = 0 ПХ – идеальны. Прямая 2 проходит ниже, т.к. в этом случае . При СЭ=10 мкФ при скачкообразном изменении напряжения u1(t) напряжение на емкости не может измениться скачком и , по мере заряда емкости СЭ напряжение будет уменьшаться, стремясь к прямой 2. При СЭ = 50мкФ скорость заряда ёмкости СЭ уменьшится (кривая 4), а значит уменьшится скорость спадания напряжения uБЭ(t) (уменьшится спад плоской вершины).
При ,
. (3.17)