Материал: Аналоговые электронные элементы (96

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Рис. 18

Составим уравнения по второму закону Кирхгофа:

iб = Uвх/(R1 + rб) = 1/(2 ∙ 103 + 0, 3 ∙ 103) = 0, 43 ∙ 10−3 А; iк = iб β + Iко0 = 0, 43 ∙ 10−3 ∙ 95 + 10 ∙ 10−6 = 41 ∙ 10−3 А; Uк-э = Eп − iкRн = 15 − 41 ∙ 10−3 ∙ 300 = 2, 7 B.

Усилительный каскад на базе БТ

Рассмотрим схему простого усилительного каскада на базе БТ, включенного по схеме с общим эмиттером (рис. 19).

Рис. 19

Для обеспечения усилительного режима каскада необходимо, чтобы транзистор VT был открыт. Для этого через базу должен

16

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

протекать ток iб. При этом напряжение Uб-э ≈ 0,5 . . . 0,7 В (зависит от типа транзистора). Конденсатор С необходим для развязки постоянного напряжения +Еп с входным напряжением Uвх.

Ток базы при отсутствии переменного напряжения Uвх можно определить как

iR1 ∙ R1 + Uб-э = Eп, iб = iR1 = (Uк − Uб-э)/R1.

Коллекторный ток iк = iб β, а UR2 = iкR2.

Напряжение UR2 выбирают равным половине Eп, тогда положительные и отрицательные перепады напряжения (при Uвх 6= 0) будут равны.

При увеличении тока базы (за счет увеличения Uвх), коллекторный ток растет, напряжение Uк-э, а следовательно, и Uвых уменьшаются, т. е. выходной сигнал будет сдвинут по фазе относительно входного на 180◦. Рассмотренная схема проста, но работает только в очень узком температурном диапазоне (простая, красивая, но не работает). Для компенсации температурной нестабильности каскада применяют, например, следующую схему (рис. 20).

Рис. 20

На схеме компенсация осуществляется следующим образом: при увеличении начального тока базы (из-за температурной нестабильности параметров транзистора) растет коллекторный ток и снижается напряжение пары коллектор-эмиттер, а следовательно, снижается ток базы (резистор R1 играет роль обратной связи).

17

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

3. СХЕМЫ С ОПЕРАЦИОННЫМИ УСИЛИТЕЛЯМИ

Операционный усилитель (ОУ) предназначен для выполнения различных действий с аналоговыми сигналами (усиление, ослабление, сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование, логарифмирование, преобразование формы и др.).

Основные свойства операционных усилителей таковы: коэффициент усиления очень велик (можно считать равным

бесконечности); очень большое входное и очень маленькое выходное сопроти-

вления;

OУ можно представить в виде источника (ЭДС или тока), управляемого напряжением.

На схемах ОУ обозначают следующим образом (рис. 21).

Рис. 21

Нумерация (цоколевка) выводов на рис. 21 — условная. На выводы 7, 4, 5 подается напряжение питания (часто на принципиальных электрических схемах эти выводы не указывают), вывод 6 — выход, а 2, 3 — входы, причем вывод 2 — инверсный вход, т. е. на выходе сигнал будет сдвинут по фазе относительно входного на 180◦.

На основании перечисленных свойств OУ можно записать

i+ = i− ≈ 0,

Uвых = А(U+ − U−) = АUдиф,

18

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

где А — коэффициент усиления (можно считать А ≈ ∞), напряжение Uдиф настолько мало по сравнению с Uвых, что при расчетах им можно пренебречь.

Характеристики ОУ сильно зависят от температуры. Для повышения стабильности работы схем, собранных на ОУ, в цепь включают отрицательную обратную связь. Это снижает коэффициент усиления, но температурная стабильность зависит только от стабильности элементов обратной связи.

Инвертирующий усилитель

Инвертирующий усилитель — это устройство, изменяющее знак входного воздействия на противоположный на выходе.

Задача 6

Дано: для схемы (рис. 22) R1 = 1 кОм; R2 = 10 кОм.

Рис. 22

Определить коэффициент усиления каскада Kус.

Решение. Для определения Kус = Uвых/Uвх, без второго закона Кирхгофа никак не обойтись (при этом i+ = i− ≈ 0, следовательно,

i1 = i2 = i,

Uдиф = iR2 + Uвых,

Uвых = АUдиф, iR2 = Uдиф − Uвых = Uдиф − АUдиф =

= (1 − А)Uдиф,

(учитывая, что А ≈ ∞, (1 − А) = −А = −АUдиф = −Uвых.

19

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Подставим это выражение в уравнение по второму закону Кирхгофа для внешнего контура:

Uвх = iR1 + iR2 + Uвых = iR1 − Uвых + Uвых = iR1.

Тогда можно определить коэффициент усиления

Кус = Uвых/Uвх, = −iR2/iR1 = −R2/R1 = −10∙103/1∙103 =−10.

Неинвертирующий усилитель

Схема неинвертирующего усилителя изображена на рис. 23, а расчет аналогичен предыдущему.

Рис. 23

Интегрирующее звено

Резистор R2 (рис. 24) включают в цепь, чтобы снизить влияние токов i+ и i− на работу схемы. В реальных цепях i+ и i− не превышают единиц микроампер, но если резисторы R1 и R2 неодинаковые (особенно при R2 = 0), то разность напряжений на этих резисторах будет восприниматься операционным усилителем как Uдиф и усилится во много раз. Это приведет к появлению большой погрешности работы каскада. Поэтому выбираем R2 = R1.

Cоставим уравнения по второму закону Кирхгофа (учитывая, что i+ = i− ≈ 0 и Uдиф = 0):

Uвх = i1R1 или i1 = Uвх/R1;

20