Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 [70] 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169

влияние оказывают температурное непостоянство начальных коллекторных токов и температурное смещение входных характеристик транзисторов. В схеме на рис. 10.1 применяются кремниевые транзисторы, имеющие малый начальный коллекторный ток, поэтому главным источником дрейфа нуля остается температурное смещение входных характеристик, равное примерно - 2,5 мВ на 1 °С.

Пример. Чтобы понять, как появляется дрейф нуля усилителя постоянного . тока, предположим, что окружающая температура значительно увеличилась, например на -1-40 "С. Произойдет смещение входной характеристики каждого транзистора на -0,1 В, что эквивалентно появлению дополнительного напряжения -1-0,1 В в цепи каждого транзистора. Приращение коллекторного напряжения первого транзистора при /Ci=6,l равняется -0,6 В.

Смещение входной характеристики второго транзистора вследствие повышения температуры окружающей среды также эквивалентно приращению напряжения на его входе на -Ь0,1 В, в результате общее приращение напряжения на входе второго транзистора составляет -0,6-1-0,1=-0,5 В. Это приращение напряжения, умноженное на коэффициент усиления по напряжению второго транзистора, дает результирующее смещение нуля. Для схемы на рис. 10.1 оно равно -0,5-(-1,75) «-f 0,9 В.

Из рассмотренного примера видно, что главная причина дрейфа нуля - температурное смещение входной характеристики первого транзистора, так как оно усиливается обоими транзисторами.

Из-за большого дрейфа нуля подобные схемы не находят применения в качестве усилителей постоянного тока. В усилителях постоянного тока обычно применяются дифференциальные усилители, описываемые в следующем параграфе.

Дрейф нуля МОЖНО почти полностью устранить, применив предварительное преобразование усиливаемого постоянного напряжения на входе усилителя в переменное. Переменное напряжение усиливается усилителем переменного тока, и на его выходе преобразуется в постоянное. Преобразование осуществляется с помощью электромеханических или электронных коммутаторов, синхронно коммутирующих входное и выходное напряжения. Постоянное напряжение на входе преобразуется в прямоугольную волну, которая после усиления снова превращается на выходе в постоянное напряжение.

Частота коммутации должна не менее чем в два раза превышать максимальную частоту изменения входного сигнала, что технически трудно осуществимо при очень высокой частоте сигнала. Другим недостатком данного метода является возможность появления наводок, весьма заметных при коммутации малых входных напряжений.

10.3. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Дифференциальным усилителем называется устройство, усиливающее разность двух напряжений. В идеале выходное напряжение такого усилителя пропорционально только разности напряжений, приложенных к двум его входам, и не зависит от их абсолютной величины.

Первые дифференциальные усилители создавались для биологических исследований. Если, например, при измерении небольшой



Дифференциальный усилитель


разности двух больших потенциалов между двумя близкими точками живого организма усилить не только разность потенциалов, но и большие потенциалы этих точек относительно земли, то это может вывести рабочую точку усилителя в нелинейную область. Отсюда вытекает необходимость усиления только разностного сигнала. На рис. 10.2 приведена структурная схема дифференциального усилителя.

У идеального дифференциального усилителя коэффициент передачи разностного сигнала равен отношению разности напряжений на выходе к разности напряжений на входе:

Рис. 10.2. Структурная схема дифференциального усилителя

(10.1)

где ивыж12 = Ивмж1 - "еыж2 -напряжение на зажимах симметричного выхода; Uexi и Uex2 - соответственно напряжения на первом и втором входах усилителя.

Если выходное напряжение снимается с одного из несимметричных выходов, то при снятии напряжения с первого выхода коэффициент усиления разностного сигнала

Kpi = AUebm/iUexl-Uex2), (10.2)

где АМвыж! - приращение напряжения на первом выходе, обязанное разности входных напряжений Uexl - Uex2-

Аналогично при снятии напряжения со второго выхода коэффициент усиления разностного сигнала

Кр2-= Аиеъш/{Uexl - "вжг) , ( Ю.З)

где AUebtx2 - приращение напряжения на втором выходе, обязанное разности входных напряжений Uexi - "вж2. при симметрии схемы выполняются условия:

Аивых2= - АЫвыхи AUebixl -AUebix2 =2AUebixl,

откуда

Кр 1 = - Кр2=Кр/2.

При симметрии схемы в соответствии с (10.1)

Ueuxl2=Kp {Uexl - Uex2)

(10.4) (10.5)

Однако реальный усилитель не обладает идеальной симметрией, в результате чего напряжение на выходе зависит не только от разности, но и от суммы входных сигналов. При этом сумма входных сигналов, поделенная на два, называется синфазным сигна-



лом. Выходное напряжение реального усилителя равным

вгм12 = Кр {Uexl - Uex2) + Кс (Uexl + Ийзсг) /2,

будем считать (10.6)

где Др - коэффициент усиления разностного напряжения, равный отношению приращения напряжения на выходе к разностному напряжению на входе при суммарном напряжении иех1 + Щх2, равном нулю. Коэффициент Кс, входящий в (10.6), называют коэффициентом передачи синфазного сигнала. Положив в (10.6)

Ивх1 = Мзх2, получим

Kc=Uebixi2/[(Uexi + Uex2) /2] . (10.7)

Этот коэффициент равен отношению напряжения на выходе к синфазному входному напряжению (Ugxi-f Нвж2)/2 при разностном напряжении на входе, равном нулю.

Качество дифференциального усилителя (его приближение к идеальному) оценивается коэффициентом ослабления синфазного сигнала, равным отношению коэффициентов передачи разностного и синфазного сигналов:

Кос.сф = Кр1Кс. (10.8)

У хороших дифференциальных усилителей Доссдз = 1 О*-1О, что составляет 80-120 дБ.

Пример. Пусть Kv = bQ); Кос.сф=\0; Uej:i = l,01 В; Uej:2=0,99 В. Тогда

ивы:Ч2 = L («0X1 -«ex2) ± (U,n + ««ч) /2Л„с.с*] = 50 (2 • 10-2± 10-5) = 1 В ± 0,5 • 10" В.

в данном примере выходное напряжение пропорционально усиленному разностному напряжению с погрешностью 0,05%. Если коэффициент ослабления синфазного напряжения недостаточно велик, то погрешность при усилении разностного напряжения очень велика. В рассмотренном примере при Кое.сф-W она составляет 50%.

Относительная погрешность усиления согласно (10.6) равна отношению приращения напряжения на выходе, обязанному синфазному сигналу, к приращению напряжения на выходе, обязанному разностному сигналу,

АНвых.сф 1 {Uexl + tlex2) /2

Kp{Uexl-«вхг) Кос.сф (Uaxl - Чвхг)

И зависит не только от коэффициента ослабления синфазного сигнала, но и от отношения напряжений синфазного и разностного сигналов. Относительная погрешность тем больше, чем больше синфазный сигнал и меньше разностный.

Дифференциальный усилитель (рис. 10.3) имеет два одинаковых транзистора с общим резистором Ra, включенным в их эмиттерную р„с. ю.З. Схема транзисторного цепь. На выходе схемы между за- дифференциального усилителя




0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 [70] 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169



0.0017