Спеціальні схеми підсилювальних каскадів

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Зміст

  1. Підсилювальні каскади на складених транзисторах

  2. Підсилювальні каскади з динамічними навантаженнями

  3. Каскадні підсилювачі

  4. Багатокаскадні підсилювачі. Амплітудно-частотні характеристики багатокаскадних підсилювачів

  5. Перехідні характеристики багатокаскадних підсилювачів

  6. Вибір числа каскадів імпульсних підсилювачів

  1. Підсилювальні каскади на складених транзисторах

Складовою транзистор - це поєднання двох або більше транзисторів, що утворюють активний трехполюснік з новими параметрами та характеристиками.

У інтегральних мікросхемах формуються складені транзистори, що складаються в основному з двох активних елементів. На дискретних елементах - можуть включати три транзистори. Більше число транзисторів поки не застосовується, так як при наявних потужностях транзисторів вхідний транзистор буде працювати при малих струмах, тобто в «голодному» режимі, чому параметри складеного транзистора будуть сильно залежати від температури. Використовуючи відомі схеми нормального включення транзисторів (ОІ, ОС, ОЗ і ОЕ, ОК, ПРО) можна отримати різні складові транзистори:

- Два біполярних транзистора одного або різного типів провідності;

- Біполярний і польовий транзистори;

- Два польових транзистора з однаковими або протилежними проводимостями каналів.

Розглянемо різні варіанти складових транзисторів.

1) Складовою транзистор на двох біполярних транзисторах типу n - p - n, включених по схемі з загальним колектором.

Вхідний опір складеного транзистора

,

струм емітера першого транзистора

,

тоді

.

Таким чином вхідний опір складеного транзистора багато більше вхідного опору одного транзистора.

Коефіцієнт посилення по струму

.

Струм колектора

, , ,

тоді

.

Таким чином коефіцієнт посилення по струму складеного транзистора багато більше коефіцієнта посилення по струму одного транзистора. Так як колектори транзисторів з'єднані паралельно, то вихідна провідність складеного транзистора

.

2) Складовою транзистор p - n - p типу.

Вхідний опір складеного транзистора визначається вхідним опором першого транзистора: .

Вихідна провідність визначається вихідний провідністю другого транзистора: .

Посилення по струму

, , .

З боку входу даний складовою транзистор являє собою p - n - p транзистор.

Розглянемо кілька прикладів застосування складових транзисторів.

Вхідний струм транзистора VT 2 являє собою емітерний струм транзистора VT 1, який досить малий. Вхідний струм транзистора VT 1 - величина ще менша, тобто транзистор VT 1 працює в «голодному» режимі. «Голодний» режим першого транзистора помітно зменшує його коефіцієнт посилення струму і в цілому коефіцієнт посилення складеного транзистора ( ). Це одна з причин недоцільності застосування великого числа транзисторів (більше двох) по складовій схемою.

Це явище можна послабити або нейтралізувати, підключивши додатковий резистор R. При цьому емітерний струм першого транзистора не обмежується струмом бази другого транзистора, а коефіцієнт посилення струму першого транзистора збільшується.

Для нормального режиму живлення перших транзисторів по постійному струму включаються резистори R. Схеми підвищують вхідний опір, особливо у випадку, якщо транзистори VT 1 замінити на польові.

Складові транзистори застосовуються:

1. У потужних кінцевих безтрансформаторних каскадах.

2. У інтегральних мікросхемах, де два транзистора вдається виконати без збільшення площі кристала, в обсязі одного транзистора.

Застосування складових транзисторів в інтегральних підсилювальних каскадах пов'язано з особливостями інтегральної технології - n - p - n транзистори досить просто формуються в одній ізольованій області. Крім того,

неможливо виготовити інтегральні p - n - p транзистори з високими параметрами без ускладнення технологічного процесу. Поєднання інтегральних p - n - p транзисторів з невисокими технічними параметрами з інтегральними n - p - n транзисторами дозволяє отримати складові p - n - p транзистори з досить високими показниками.

  1. Підсилювальні каскади з динамічними навантаженнями

Коефіцієнт посилення K = SR н. Щоб збільшити коефіцієнт підсилення, необхідно збільшувати R н. В інтегральному виконанні це призводить до великої площі на кристалі, що вимагатиме збільшення його розміру і, отже, вартості мікросхеми.

Якщо у схемі ОЕ замість резисторной навантаження включити транзистор іншого типу провідності, то отримаємо найпростіший каскад з динамічним навантаженням.

Транзистори включені послідовно по постійному струму, тому . Практично обидва транзистора представляють собою генератори стабільного струму. Якщо транзистор VT 2 являє собою генератор стабільного струму, то транзистор VT 1 є струмовідводом, і навпаки. Транзистора з'єднані колекторними висновками. При цьому опору транзисторів постійному струму невеликі, а змінному на кілька порядків вище.

Розглянемо спочатку емітерний ланцюг. Опір по постійному струму

.

По змінному струмі - динамічний опір

.

Очевидно, що , Тобто Опір змінному струмі з боку емітерного виведення менше опору постійному струму.

Розглянемо колекторний ланцюг. Опір по постійному струму

.

Динамічний опір по змінному струмі

Як видно з малюнка, , Тому . Отже, динамічне навантаження з великим опір може бути отримана тільки в тому випадку, коли в якості навантаження використовується вихідний опір транзистора з боку колектора. Колекторна ланцюг кожного транзистора - динамічне навантаження для іншого транзистора, схема є симетричною. Як підсилювального елемента і динамічного навантаження вибираються комплементарні пари транзисторів p - n - p і n - p - n типів. Якщо на один вхід подати напругу сигналу, яке необхідно посилити, а на інший вхід - тільки постійна напруга з допомогою дільника, то перший транзистор буде виконувати функцію підсилювального елемента УЕ, а його навантаженням буде вихідний опір іншого транзистора. Іноді динамічна навантаження може бути й керованою. При цьому входи можна поміняти, поміняються УЕ і динамічне навантаження. Якщо параметри транзисторів комплементарної пари (ОЕ) відрізняються незначно, то коефіцієнт підсилення, вхідний і вихідний опір каскаду ОЕ з динамічним навантаженням практично не змінюються при подачі підсилюється сигналу на входи 1 або 2. Відмінність входів полягає в різному постійному потенціалі (різниця в сумі ).

У емітерний повторителе транзистори повинні бути одного типу, тому що в цьому випадку динамічне навантаження включається в еміттерную ланцюг підсилювального транзистора. Дана схема несиметрична.

Якщо подати сигнал на вхід 2, то транзистор VT 2 є підсилювальним елементом в схемі ОК, транзистор VT 1 - його динамічна навантаження з високим опором по змінному струму (з боку колектора). Коефіцієнт посилення K = 1. При подачі сигналу на вхід 1 транзистор VT 1 - підсилювальний елемент у схемі ОЕ, а його навантаження - транзистор VT 2 з боку емітера, що має низький вхідний опір, тому коефіцієнт посилення K = 1. Тим не менш, при відповідному доповненні така схема представляє інтерес, приводячи до каскадної схемою, яка має особливі властивості.

  1. Каскадні підсилювачі

За основу каскадного підсилювача вибирається схема каскаду з динамічним навантаженням із загальним колектором на n - p - n транзисторах. При цьому в колекторний ланцюг додається резистор R н, з якого знімається сигнал. Отримана схема називається каскадної.

Каскадна схема являє собою з'єднання транзисторів, включених із загальним емітером (VT 1) і загальною базою (VT 2). Харчування транзисторів - послідовне, навантаження включена в колекторний ланцюг транзистора VT 2.

Схему можна спростити, зменшивши число резисторів. Якщо використовувати біполярні харчування, число резисторів можна ще зменшити.

Вхідний опір транзистора VT 2, включеного за схемою із загальною базою, дорівнює 1 / S 2. Це опір є навантаженням транзистора VT 1. Тоді його коефіцієнт посилення K 1 = S 1 / S 2, якщо S 1 = S 2, то K 1 = 1. Загальне посилення

,

тобто, як у звичайного каскаду.

Каскадна схема являє собою з'єднання транзисторів, включених із загальним емітером (VT 1) і загальною базою (VT 2). Опір R 2 з'єднує транзистори з джерелом живлення. Опір R 1 і стабілітрон VD задають зсув на базі транзистора VT 2.

Розглянемо властивості каскадного з'єднання.

1) У схемі з загальним емітером присутній ефект Міллера, тобто вхідна ємність

,

так як K>> 1, вхідна ємність - величина більша, що знижує частоту полюса вхідного ланцюга . У каскодне схемою K = K 1 = 1,

,

тобто вхідна ємність істотно менше.

2) Вхідний опір каскодне схеми не залежить від параметрів вихідного ланцюга, тобто присутня розв'язка по входу і виходу.

3) Транзистор VT 2 працює в режимі керування струмом транзистора VT 1.

4) Так як транзистор VT 2 включений по схемі із загальною базою, його гранична частота

,

тобто наявність другого транзистора не вносить спотворення на високих частотах.

Каскадна схема використовується в диференціальних каскадах. Якщо емітерний резисторів немає (R е = 0), то коефіцієнт посилення K = SR н. В іншому випадку

.

Як завжди, каскадна схема являє собою з'єднання транзисторів, включених із загальним емітером (VT 1, VT 3) і загальною базою (VT 2, VT 4). Дроселі L і резистори R е. представляють собою елементи корекції.

  1. Багатокаскадні підсилювачі. Амплітудно-частотні характеристики багатокаскадних підсилювачів

На практиці застосовуються багатокаскадні підсилювачі. Для багатокаскадного підсилювача комплексний коефіцієнт посилення (передачі) дорівнює добутку комплексних коефіцієнтів передачі окремих каскадів:

Аналогічно коефіцієнт посилення або ; Фазочастотних характеристики також підсумовуються:

Розглянемо область верхніх частот. Нормований коефіцієнт передачі некорректірованного резисторного каскаду

,

де . Для двох каскадів АЧХ перемножуються.

Для N каскадів

.

Посилення

.

Розглянемо спотворення

.

Цим спотворень відповідає частота , Для якої отримаємо:

або і ,

звідки

.

Гранична частота

.

Нехай постійна часу ланцюга - Величина постійна. Тоді зі зростанням числа каскадів гранична частота зменшується, смуга звужується.

Оскільки зазвичай смуга підсилювача задана, то постійна часу ланцюга

,

тобто постійна часу кожного каскаду із зростанням їх числа повинна зменшуватися.

Так як , То для зменшення необхідно знижувати опір навантаження (так як ємність C 0 зменшити не вдасться, це величина постійна), значить знижується посилення кожного каскаду. Опір навантаження може бути розрахована за формулою

,

результуюче посилення

Знайдемо логарифм цього виразу:

Перший доданок враховує збільшення коефіцієнта підсилення за рахунок зростання числа каскадів, другий доданок - негативне, враховує зменшення підсилення за рахунок зменшення підсилення кожного каскаду. Як видно з малюнка, при певних частотах посилення перестає зростати із зростанням числа каскадів, багатокаскадні підсилювачі застосовувати в цьому разі невигідно.

  1. Перехідні характеристики багатокаскадних підсилювачів

Зображення перехідної характеристики багатокаскадного підсилювача визначається шляхом перемноження зображень перехідних характеристик окремих каскадів:

.

Якщо каскади однакові, то

.

Для некорректірованного резисторного каскаду

,

, .

Зображення і оригінал достатньо складні, тому розглянемо не самі перехідні характеристики, а їх властивості.

1. Вид перехідних характеристик. При m = 0,35 викид кожного каскаду

. Такий же викид буде в N каскадів і не буде залежати від їх числа. З ростом числа каскадів збільшується затримка і час встановлення.

Викид називають критичним викидом. Якщо коефіцієнт корекції m> 0,35, то викид , Результуючий викид збільшується.

2. Таким чином для монотонних характеристик окремих каскадів результуючий викид більше викиду одного каскаду і росте з ростом числа каскадів.

- Час встановлення.

У випадку однакових каскадів . У разі перехідних характеристик з викидом час встановлення більше часу встановлення одного каскаду, із зростанням числа каскадів час встановлення збільшується. Час встановлення можна визначити за тією ж формулою, але за певних викидах воно може бути менше. Вводиться характеристика - коефіцієнт уповільнення, що показує, у скільки збільшується час встановлення при подвоєння числа каскадів:

3. Для перехідних характеристик з викидом результуючий викид при близьких значеннях часу встановлення визначається наближено як

,

для однакових каскадів при числі каскадів і при N> 8.

4. Час затримки в многокаскадной підсилювачі дорівнює сумі часів затримки кожного каскаду.

Розглянемо область великих часів. Як видно з малюнка, з ростом числа каскадів збільшується спад перехідних спотворень. Якщо сумарний спад не перевищує 30%, він визначається як сума спадів і підйомів окремих каскадів:

  1. Вибір числа каскадів імпульсних підсилювачів

При розрахунку імпульсного підсилювача зазвичай задано посилення , Час встановлення , Викид . Для одного каскаду

, .

Для некорректірованного каскаду (m = 0) , При m = 0,35 (викид ) . Будемо вважати, що всі каскади однакові, тоді результуюче посилення

,

час встановлення

.

Число каскадів знайдемо, як

.

З урахуванням

Отримаємо

,

де

.

Тоді

або

.

Дане рівняння вирішується графічно: будуються графіки для лівої і правої частин рівняння. Ліва частина рівняння є прямою лінією, одна точка якої при N = 0 відповідає-lgKN, а друга відповідає нулю при

.

Права частина залежить тільки від N і при N = 1 дорівнює нулю. Точка перетину графіків буде рішенням рівняння. Отримане рішення слід округлити до найближчого цілого.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Лекція
54.2кб. | скачати


Схожі роботи:
Методи аналізу транзисторних підсилювальних каскадів
Розрахунок елементів високочастотної корекції підсилювальних каскадів на біполярних транзисторах
Дослідження системи електропостачання з екрануючим і підсилювальних проводами
Розрахунок коригувальних ланцюгів широкосмугових підсилюючих каскадів на біполярних транзисторах
Розрахунок коригувальних ланцюгів широкосмугових підсилюючих каскадів на польових транзисторах
Розрахунок параметрів і режимів роботи транзисторних каскадів підсилювача низької частоти
Спеціальні митні режими
Спеціальні парламентські процедури
Спеціальні пасажирські тарифи
© Усі права захищені
написати до нас