Реферат Курсовая Конспект
Аналоговые электронные устройства - Конспект Лекций, раздел Приборостроение, ...
|
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
В.В. ДУРКИН
АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ
УСТРОЙСТВА
ЧАСТЬ II
Конспект лекций
для студентов специальности 200700
“Радиотехника” всех форм обучения
НОВОСИБИРСК
2001
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
|
ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ ……………………………………………….………… 5
1. Обратные связи в АЭУ………………………………………………………….6
1.1. Основные понятия………………………………………………………….6
1.2. Влияние обратной связи на передаточные свойства устройства……….8
1.3. Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления………12
1.4. Влияние обратной связи на стабильность коэффициента передачи……
1.5. Влияние обратной связи на амплитудно-частотную, фазочастотную
и переходную характеристики…………………………………………….15
1.6. Влияние обратной связи на внутренние помехи……………………….…17
1.7. Влияние обратной связи на нелинейные искажения…………………….17
1.8. Устойчивость устройств с обратной связью……………………………..18
2. Режимы работы и цепи питания усилительных элементов……………….21
2.1. Режимы работы усилительных элементов……………………………….21
2.1.1. Режим А…………………………………………………………………21
2.1.2. Режим В…………………………………………………………………22
2.1.3. Режим C…………………………………………………………………23
2.1.4. Режим D…………………………………………………………………23
2.2. Температурная нестабильность режима биполярного транзистора……24
2.3. Температурная нестабильность режима полевого транзистора………..26
2.4. Методы стабилизации……………………………………………………..27
2.5. Обобщенная схема задания и стабилизации рабочей точки……………27
2.6. Схема эмиттерной стабилизации…………………………………………28
2.7. Схема коллекторной стабилизации………………………………………30
2.8. Цепи питания полевых транзисторов…………………………………….30
2.8.1. Цепи питания с фиксацией напряжения на затворе………………….30
2.8.2. Схемы истоковой стабилизации……………………………………….31
2.9. Генераторы стабильного тока……………………………………………..31
3. Каскады предварительного усиления………………………………………...34
3.1. Особенности каскадов предварительного усиления……………………..34
3.2. Резисторный каскад на биполярном транзисторе………………………..34
3.2.1. Принципиальная и эквивалентная схемы……………………………..34
3.2.2. Область средних частот…………………………………………………36
3.2.3. Область нижних частот и больших времен……………………………37
3.2.4. Область верхних частот и малых времен………………………………40
3.3. Коррекция амплитудно-частотных и переходных характеристик……….41
3.3.1. Общие сведения………………………………………………………….41
3.3.2. Схема эмиттерной высокочастотной коррекции……………………….42
3.3.3.
|
3.3.4. Схема низкочастотной коррекции……………………………………….44
3.4. Дифференциальный каскад…………………………………………………46
3.4.1. Общие сведения………………………………………………………….46
3.4.2. Принцип действия……………………………………………………….47
3.4.3. Параметры дифференциального каскада………………………………48
3.5. Усилительные каскады на составных транзисторах……………………..51
3.5.1. Общие сведения…………………………………………………………51
3.5.2. Резисторный каскад на составном транзисторе………………………51
3.6. Усилительные каскады с динамическими нагрузками………………….52
4. Устойчивость операционных усилителей……………………………………53
4.1. Устойчивость многокаскадного усилителя постоянного тока…………..53.
4.2. Условия устойчивости операционных усилителей………………………54
4.3. Коррекция АЧХ операционных усилителей……………………………..55
4.4. Косвенные признаки относительной устойчивости……………………..58
4.5. Влияние емкости нагрузки и входной емкости на устойчивость ОУ…..61
4.6. Частотная коррекция в цепи ОС………………………………………….62
5. Обработка аналоговых сигналов операционными усилителями………..65
5.1. Инвертирующий усилитель ………………………………………………65
5.2. Неинвертирующий усилитель…………………………………………….67
5.3. Суммирующий усилитель…………………………………………………68
5.4. Дифференциальный усилитель……………………………………………69
5.5. Интегратор………………………………………………………………….70
5.6. Дифференциатор…………………………………………………………...73
5.7. Логарифмирующий и антилогарифмирующие усилители……………...76
6. Перемножители напряжений…………………………………………………..80
6.1. Общие сведения…………………………………………………………….80
6.2. Перемножители с переменной крутизной………………………………...82
6.3. Интегральные перемножители и их параметры………………………….86
6.4. Особенности применения интегральных перемножителей………………88
7. Компараторы напряжения……………………………………………………..90
7.1. Назначение, параметры……………………………………………………90
7.2. Особенности применения полупроводниковых компараторов…………91
7.3. Спезиализированные компараторы на операционных усилителях……93
8. Литература……………………………………………………………………….96
Основные сокращения
АЧХ – амплитудно – частотная характеристика
АЭУ – аналоговое электронное устройство
БТ – биполярный транзистор
ВСП – входная статическая погрешность
ГСТ – генератор стабильного тока
ДК – дифференциальный каскад
ДС – дифференциальные сигналы
ДУ – дифференциальный усилитель
ДФ – дифференциатор
ИМС – интегральная микросхема
ИУ – инвертирующий усилитель
КОП – канал обратной передачи
КПД – коэффициент полезного действия
КПП - канал прямой передачи
КПУ – каскады предварительного усиления
ЛУ – логарифмический усилитель
НУ – неинвертирующий усилитель
ОБ, ОК, ОЭ – схемы включения с общей базой, эмиттером и коллектором
ОС – обратная связь
ООС – отрицательная обратная связь
ОУ – операционный усилитель
ПН – перемножитель напряжений
ПОС – положительная обратная связь
ПТ – полевой транзистор
ПХ – переходная характеристика
СС – синфазные сигналы
СТ – составной транзистор
УИТ – управляемый источник тока
ЦОС – цепь обратной связи
УПТ – усилитель постоянного тока
УЭ – усилительный элемент
ФЧХ – фазочастотная характеристика
Обратные связи в АЭУ
Цепи питания полевых транзисторов
Каскады предварительного усиления
Резисторный каскад на биполярном транзисторе
Общие сведения
Под коррекцией АЧХ и ПХ понимают не только снижение частотных и переходных искажений, но и получение характеристик определенной формы, как, например, максимума АЧХ.
В зависимости от области частот (времен), для которой предназначена коррекция, различают высокочастотную (ВЧ) и низкочастотную (НЧ) коррекцию.
ВЧ коррекция позволяет получить выигрыш в площади усиления . НЧ коррекция расширяет полосу пропускания в сторону нижних частот или при неизменной полосе частот позволяет уменьшить значение емкостей СР и СЭ.
Все схемы коррекции можно разбить на три группы: схемы, использующие увеличение сопротивления нагрузки в нужном диапазоне частот; схемы с частотно-зависимой ОС; схемы взаимной коррекции, когда подъем АЧХ в одном из каскадов компенсирует спад АЧХ в другом каскаде.
Дифференциальный каскад
Общие сведения
Дифференциальный каскад (ДК) представляет собой балансную (мостовую) усилительную схему, имеющую два симметричных входа и реагирующую (в идеале) только на разность напряжений, приложенных к этим входам.
К достоинствам ДК стоит отнести:
- низкую чувствительность к изменениям напряжения питания и температуры (малый уровень дрейфа нуля);
- возможность использования глубокой ООС для повышения стабильности режима по постоянному току без уменьшения усиления полезного сигнала;
- наличие двух входов и двух выходов, позволяющих строить инвертирующие и неинвертирующие усилители;
- низкая чувствительность к одинаковым постоянным входным напряжениям, что облегчает решение проблемы межкаскадных связей в УПТ.
Эти достоинства проявляются особенно ярко в ИМС, т.к. изготовление пары транзисторов на одной подложке в посредственной близости друг от друга при помощи одного и того же цикла технологических операций позволяет формировать транзисторные структуры с идентичными параметрами. А, как известно, при этом условии ДК обладает почти идеальными характеристиками.
ДК применяются как составной элемент (входной каскад) ОУ, усилителей мощности, низких, промежуточных и высоких частот и т.д. Кроме того, они выпускаются в виде отдельных ИМС, например, К18УД1 или К119УТ1.
Общие сведения
Усилительные каскады на составных транзисторах (СТ) чаще всего используют в ИМС. СТ представляет собой сочетание , как правило, двух активных элементов, образующих УЭ с новыми параметрами и характеристиками. Они применяются во входных дифференциальных каскадах для обеспечения большого входного сопротивления, в эмиттерных и истоковых повторителях, в выходных двухтактных каскадах ОУ, в промежуточных каскадах ОУ и т.д.
Зная параметры УЭ, входящих в состав СТ, и способ их соединения, можно, воспользовавшись методом четырёхполюсника [1], найти характеристические параметры (у-параметры), т.е. представить СТ в виде одиночного транзистора. Далее следует воспользоваться готовыми расчётными соотношениями для схем включения ОЭ, ОК, ОБ (таб. 4.2.6 [1]).
Устойчивость операционных усилителей
Обработка аналоговых сигналов
операционными усилителями
Перемножители напряжений
Общие сведения
Устройство, выходное напряжение которого пропорционально произведению двух или более независимых входных напряжений, называется перемножителем напряжений (ПН).
Аналоговый ПН является вторым по массовости применения после ОУ универсальным функциональным элементом. На его базе могут быть построены устройства модуляции, демодуляции, управления параметрами усилителей, генераторов, активных фильтров и многие другие.
Выходное напряжение ПН
(6.1)
где Ux ,Uy – входные напряжения, k = – коэффициент пропорциональности (масштабный коэффициент), имеющий размерность В-1. В зависимости от полярности входных напряжений Ux и Uy, которые допустимы для данного ПН, различают четырех-, двух- и одноквадрантные перемножители.
|
Как правило, на входах и выходе ПН выполняются условия:
т.е. выходное напряжение ограничено напряжением Uz . Если Uz = 10 В, то В, благодаря чему можно для ПН обойтись низковольтными источниками питания и применять стандартную технологию изготовления полупроводниковых микросхем.
В современных ПН наибольшее распространение получили четыре метода аналогового умножения: с управляемым сопротивлением, импульсные, логарифмические и с переменной крутизной.
ПН на основе управляемого сопротивления наиболее просты. Если сопротивление пропорционально управляющему напряжению, то ток через это сопротивление пропорционален произведению входного и управляющего сигналов или частному от их деления. В качестве управляемых напряжением сопротивлений можно использовать полевые транзисторы. Этот тип ПН обычно применяют в тех случаях, когда необходимо получить максимальное быстродействие (широкую полосу пропускания) и не требуется высокая точность умножения.
Алгоритм синтеза ПН на логарифмических усилителях сводится к выполнению последовательности операций: ln x, ln y, ln x + ln y = ln xy, antiln (ln xy) = =xy. Для реализации этих операций необходимо иметь два логарифмических усилителя, сумматор и антилогарифмический усилитель. К достоинствам данного типа ПН следует отнести широкий диапазон изменения входных напряжений, а к недостаткам – зависимость полосы рабочих частот от величины входных сигналов: чем меньше эта величина, тем уже полоса частот. Кроме того, эти ПН могут быть только одноквадрантными.
Если необходима точность перемножения
лучше 0.1% и достаточна полоса рабочих частот в несколько десятков герц, то целесообразно применять импульсные перемножители. Работа этих ПН основана на том, что среднее значение последовательности прямоугольных импульсов (рис 6.2) зависит как от амплитуды импульсов, так и от их скважности , т.е. . Один вход ПН используется для управления амплитудой импульса, а другой – скважностью. Полученная последовательность подается на фильтр нижних частот. Выделяемое этим фильтром Uср будет пропорционально произведению двух входных сигналов.
ПН с переменной крутизной, видоизмененный в соответствии с требованиями полупроводниковой технологии, оказался наиболее удачным для изготовления в виде ИМС. Поэтому рассмотрим этот тип ПН более подробно.
Компараторы напряжения
– Конец работы –
Используемые теги: Аналоговые, Электронные, устройства0.063
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Аналоговые электронные устройства
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов