- •Лабораторна робота № 1 Дослідження діапазонного резонансного підсилювача
- •Теоретичні відомості
- •Опис лабораторної установки
- •Домашнє завдання
- •Програма експериментальних досліджень
- •Досліджувальна та вимірювальна апаратура
- •Короткі методичні вказівки до розрахунків
- •Оформлення звіту
- •Контрольні запитання, задачі для проблемних та ігрових ситуацій
- •Короткі теоретичні відомості
- •Опис лабораторного макета
- •Домашнє завдання
- •Програма експериментальних досліджень
- •Досліджувальна і вимірювальна апаратура
- •Короткі методичні вказівки до розрахунків
- •Оформлення звіту
- •Контрольні питання і задачі для проблемних та ігрових ситуацій
- •Теоретичні відомості
- •Опис лабораторної установки
- •Домашнє завдання
- •Програма експериментальних досліджень
- •Досліджувальна і вимірювальна апаратура
- •Короткі методичні вказівки до вимірювань і опрацювання результатів
- •Оформлення звіту
- •Контрольні запитання
- •Теоретичні відомості
- •Опис лабораторної установки
- •Домашнє завдання
- •Програма експериментальних досліджень
- •Досліджувальна і вимірювальна апаратура
- •Короткі методичні вказівки до розрахунків
- •Оформлення звіту
- •Контрольні запитання
- •Короткі теоретичні відомості
- •Опис лабораторної установки
- •Домашнє завдання
- •Програма експериментальних досліджень
- •Досліджувальна і вимірювальна апаратура
- •Короткі методичні вказівки до розрахунків
- •Опрацювання результатів
- •Оформлення звіту
- •Контрольні запитання
- •Короткі теоретичні відомості
- •Фільтри нижніх частот
- •Фільтри верхніх частот
- •Смугові фільтри
- •Фазообертач на оп має незмінну ачх, але фчх його змінюється залежно від значення резистора (рис.6.9).
- •Коефіцієнт передачі дорівнює одиниці. Зсув фази між вихідною та вхідною напругами може бути знайдений з виразу
- •Домашнє завдання
- •Програма експериментальних досліджень
- •Досліджувальна та вимірювальна апаратура
- •Оформлення звіту
- •Контрольні запитання
- •Аналогові та підсилювальні електронні пристрої
Короткі теоретичні відомості
Диференціальний каскад (ДК) призначений
для підсилення різниці сигналів, що
прикладені до його входів, він складається
з двох плечей - транзисторів
та
з навантаженням
та
(рис.5.1).
Резистори
,
та транзистори
та
утворюють мостову схему, до вертикальної
діагоналі якої під’єднано
джерело живлення, а горизонтальна
діагональ утворює вихід. У режимі спокою,
якщо
,
при повній симетрії плечей, тобто
балансу мосту, потенціали колекторів
і
однакові й вихідна напруга дорівнює
нулю
Рисунок 5.1 – Диференціальний каскад
ДК має високу стабільність. Так, наприклад, при зміні напруги джерела живлення чи зміні температури, у випадку симетрії схеми, потенціали колекторів отримують рівний приріст напруги.
Вихідна напруга у цьому випадку не змінюється, оскільки приріст напруги
Реальна схема ДК завжди має деяку
асиметрію плечей, тому має місце
зміна вихідної напруги, тобто
,
але набагато менша від аналогічної
нестабільності звичайного каскаду.
Існує кілька схем ввімкнення ДК. Перша - вхідний сигнал прикладається до баз та . Така схема називається схемою із симетричним входом. Друга - вхідний сигнал прикладається до бази одного з транзисторів, потенціал бази другого транзистора фіксується - несиметричний вхід. Вихідний сигнал також може зніматися чи з колекторів та , чи з одного з колекторів відносно загальної точки схеми, утворюючи таким чином симетричний чи несиметричний вихід (рис. 5. 2).
У свою чергу, для схеми „симетричний вхід” вхідний сигнал може прокладатись двома способами - двофазним чи синфазним. Якщо ввімкнення двофазне, на обидва входи схеми подаються протифазні сигнали
Рисунок 5.2 – Еквівалентна схема ввімкнення ДК
що зумовлює зниження струму на одному транзисторі і зростання на другому. Зміна колекторних струмів призводить до зміни потенціалів колекторів, внаслідок чого при повній симетрії схеми маємо:
,
.
Якщо обидва плеча ДК симетричні, то
через резистор
протікають струми однакової
амплітуди, але протифазні. Такі струми
взаємно компенсуються і не створюють
напруги на резисторі
.
За таких умов обидва плеча схеми
стають незалежними.
Якщо вхідний сигнал подається тільки
на одну з баз, тобто має місце несиметричний
вхід, то в разі фіксованого потенціалу
другої бази вихідна напруга за модулем
буде така сама, як і в попередньому
випадку. Так, якщо до бази
прикладено сигнал
,
то транзистор відкривається, збільшуються
його колекторний та емітерний струми,
що зменшує потенціал колектора
і збільшує потенціал емітерів
і
.
Це у свою чергу викликає зміни напруг
і
,
.
За такої зміни потенціалів робоча точка транзистора зміщується у напрямі напруги відсікання, тобто протилежному зміщенню . При досить великих значеннях можна вважати, що
що зумовлює
Аналіз отриманих виразів показує, що у
схемі з несиметричним і симетричним
входами напруги
будуть рівними.
Залежно від схеми прикладання вхідної напруги та її зміщення розрізняють плечові і диференціальні коефіцієнти підсилення. Плечові коефіцієнти підсилення дорівнюють:
,
.
Диференціальний коефіцієнт підсилення каскаду незалежно від способу подання вхідного сигналу
Для випадку повної симетрії схеми,
виходячи з того, що
,
а
і
можна показати, що
Якщо до входів ДК прикладено синфазний сигнал, то він характеризується коефіцієнтом підсилення (передачі) синфазного сигналу
.
Показником, що об’єднує
та
,
є коефіцієнт послаблення синфазного
сигналу
Цей показник характеризує симетрію
схеми. Симетрія схеми залежить від
значення опору
для змінного струму. Якщо утворити на
вході 1 деякий приріст напруги
,
а потенціал входу 2 відносно спільної
точки лишити без зміни, то цей приріст
викличе приріст емітерного струму
транзистора
.
Але тільки якщо
,
отримаємо
і можна вважати, що відгалуженням частини
струму
до опору
можна знехтувати, тобто має місце повна
симетрія схеми.
При дії на вході ДК різницевого сигналу та забезпеченні повної симетрії схеми, струми транзисторів і через емітерний опір рівні й протилежні за фазою. Тому при підсиленні різницевого сигналу на опорі немає змінної напруги, тобто можна вважати, що опір відсутній.
Коефіцієнт підсилення різницевого сигналу одного плеча схеми, тобто плечовий
.
Коефіцієнт
з’явився тому, що на вході 1 ДК діє лише
половина різницевого сигналу між двома
входами.
Загальний коефіцієнт передачі різницевого сигналу двома плечима ДК
Рисунок 5.3 – Еквівалентна схема ДК для синфазного сигналу
Еквівалентну схему ДК для синфазного
сигналу можна розглядати як схему з
резистором
у колі зворотного зв’язку (рис.5.3), тому
коефіцієнт передачі синфазного сигналу
одним плечем схеми
Цей вираз може використовуватись для визначення опору .
ДК може використовуватись як фазоінверторний каскад, для цього необхідно закоротити за змінним струмом вхід 3, лишивши на ньому тільки напругу зміщення. У цьому випадку одна половина напруги на вході 1 створюється між базою та емітером першого транзистора, а друга - між емітером i спільною точкою. Таким чином, змінні напруги першого та другого транзисторів рівні, але протилежні за фазою, відповідно і змінні напруги на колекторах цих транзисторів рівні й протилежні за фазою.
При достатньо великому
можна вважати постійною суму емітерних
струмів
.
При цьому їх різниця
.
У свою чергу, відносний приріст вихідного струму
.
(5.1)
Відомо, що струм емітера є експоненціальною функцією напруги :
,
де
- зворотний струм насичення,
- температурний потенціал
.
Напруга
першого транзистора
,
а другого
.
У випадку симетрії схеми
;
,
де
- диференціальна різницева напруга.
Підставляючи значення напруг
та
у вираз для емітерного струму, отримаємо
емітерні струми
та
.
Підставляючи їх у вираз (5.1), отримаємо
(5.2)
При зміні аргументу від
до
гіперболічний тангенс змінюється від
-1 до +1. Тому
змінюється від
до
,
де
- сума емітерних струмів.
Із виразу (5.2) випливає, що диференціальний каскад можна використовувати як амплітудний обмежувач. Наприклад, при
.
Отже, при амплітуді різницевого сигналу,
що дорівнює приблизно
і більше, має місце обмеження амплітуди
вихідного струму. При менших рівнях він
працює як лінійний підсилювач.
З виразу (5.2) також випливає, що ДК можна використовувати як регульований каскад, підсилення якого змінюється залежно від струму .
Як вже зазначалося, збільшення резистора необхідне для покращення симетрії схеми ДК. Але в той же час зрозуміло, що збільшення викликає підвищення падіння напруги на ньому за рахунок протікання сталої складової емітерних струмів. Тому замість резистора у схему вмикають транзистор. Така схема має назву генератора стабільного струму (ГСС). Це один з каскадів інтегральної схемотехніки, які широко використовуються. ГСС будуються на біполярних чи польових структурах (рис.5.4) і можуть використовуватись як нелінійні еквівалентні високоомні навантажувальні опори або джерела фіксованих струмів.
Рисунок 5.4 – ДК з генератором стабільного струму
Заміна у схемі резистора транзистором дозволяє при незмінності опору постійному струму забезпечити для змінного струму опір, більший на
1-2 порядки. Для забезпечення режиму
транзистора
служить коло
,
при цьому
використовується у діодному ввімкненні.
У цьому колі протікає струм
,
який викликає падіння напруги на
переході база-емітер
у діодному ввімкненні. Якщо знехтувати
струмом бази транзистора
,
то можна вважати, що
У свою чергу, відношення цих напруг
визначає відношення струмів
та
.
У нашому випадку можна вважати, що
струм
і досить точно відображає будь-які
його зміни, тобто має місце „дзеркало
струмів”. У той же час можна бачити,
що в разі зміни
за рахунок зміни резистора
виникає можливість змінювати
струм
,
який у свою чергу задає режими транзисторів
ДК і зумовлює підсилення ДК.
