Импульсные усилители (иу).

ИУ предназначены для усиления импульсных сигналов и работает такой усилитель аналогично усилителю изображённому на рис. 2-8.Импульсные сигналы любой формы – сумма постоянной состовляющей и гармонических колебаний различных частот. Импульс на выходе усилителя не будет искажаться, только при достаточно широкой полосе пропускания усилителя. Удлинение фронта и выброс является следствием завала частотной характеристики в области верхних частот, а скос вершины – завала в области низких частот. Для устранения искажения импульса вводят корректирующие цепи.

а) низкочастотная коррекция (рис.13-19)- коррекция плоской вершины импульса.

Рис. 13-19 Низкочастотная коррекция

Искажение плоской вершины импульса происходит из-за наличия . При зарядкена низких частотах ее сопротивление увеличивается (), а следовательно увеличивается падение напряжения на нем,что приводит к снижению.

Целью коррекции явл. увеличение по мере уменьшения частоты. Для этого в цепь коллектора включается цепочкаивыбирается большой для того, чтобы на верхних частотах его сопротивление было маленьким, и оно шунтировало бы. В этом случае цепь не оказывает влияние на работу усилителя.

С уменьшением частоты увеличивается иуже не шунтируети общее сопротивлениевозрастает, а следовательно возрастает общее сопротивление коллекторной нагрузки.(), а вместе с тем увеличивается и напряжение,что приводит к увеличению.

В этом случае увеличивается полоса пропускания за счет низких частот и устранияется скос плоской вершины импульса.

б) Высокочастотная коррекция(рис. 13-20) – коррекция форнта импульса.

Рис. 13-20. Высокочастотная коррекция

Рис. 13-21. Схема замещения высокочастотной коррекции.

Корректирующая индуктивность выбирается маленькой, чтобы на Н.Ч. и С.Ч.было мало и не оказывало влияния на работу цепи. Емкостьобразует сипараллелный резонанский контур, где- емкость нагрузки;- емкость монтажа;-выходная емкость транзистора (13-21)

При высокой частоте контур находится вблизи резонанса и сопротивление его возрастает. Возрастает и, расширяется полоса пропускания за счет.

Усилители постоянного тока (УПТ). УПТ называют усилитель, предназначенный для усиления постоянных и медленно изменяющихся электрических сигналов. Схема УПТ представлена на рис. 13-22.

Рис. 13--22. Схема УПТ

АХЧ усилителя постоянного тока представлена на рис. 2-23.

Рис. 13-23 АЧХ для УПТ.

Полоса пропускания частот УПТ должна иметь нижнюю границу =0

В схеме УПТ не должно быть конденсаторов (между каскадами, а также блокировочных и разделительных). При ,. В УПТможет самопроизвольно изменятся независимо. Это называют дрейфом нуля усилителя. Дрейф нуля искажает усиливаемые сигналы и нарушает работу цепи. Причиной является температурная и временная нестабильность элементов.

Дифференциальные усилители. Дифференциальные усилители (ДУ) по своей структуре являются УПТ. Схема ДУ приведена на рис. 13-24. Они имеют два входа и два выхода. Рассмотрим схему замещения дифференциального каскада.

Рис. 13-24 Схема ДУ Рис. 13-25 Схема замещения ДУ

Если =(рис.13-25), то мост сбалансирован и ток через.

Схема ДУ аналогична схеме моста. Если выбрать , аиидентичны, то схема ДУ будет симметрична.

Если на вход ДУ подать в одинаковых фазах (синфазных), то потенциалы бази, а следовательно и потенциалы коллекторов изменятся на одну и ту же величину. Тогда.

Если на вход подать =, но в противофазе, т.е.(дифференциальные сигналы), то потенциалы одного эмиттере (следовательно и коллектора) увеличится, а другого уменьшиться на, т.е. на одну и ту же величину. На выходе (аб) появится.

Таким образом, ДУ реагирует на разность входных сигналов, почему и называется дифференциальным.

Так. как синфазный сигнал ДУподавляется, то дрейфа нуля не существует. Помехи, являясь синфазными, тоже подавляются усилителем.

Если за ДУ следует каскад с одним входом, то у него используется только один выход.

Если совпадает спо знаку, то такой вход называется неинвертирующим. Еслипротивоположно по знаку- инвертирующим выходом.

Операционные усилители (ОУ). ОУ называется усилитель постоянного тока с дифференциальным входным каскадом с широкой полосой пропускания (доГц), большим коэффициентом усиления по напряжению () большим(и малымОМ).

Операционный (решающий) усилитель используется для выполнения математических операций над сигналами (сложение, умножение, дифференцирование, интегрирование и др.)

Современные ОУ выполняются на базе интегральной микросхемы на основе нескольких ДУ. (Четырехкаскадные и трехкаскадные, и т.д.)

Условное графическое обозначение операционного усилителя показано на рис. 13-27.

Рис13-27. Условные графическое обозначения ОУ (а)

и его амплитудная характеристики (б)

, обозначенный (+) называется неинвертирующим (прямым). Здесь сигнал на выходе и входе имеет одинаковый знак.

, обозначенный (-), наз. инвертирующим. Здесь сигнал на выходе имеет противоположную полярность по отношению к сигналу на входе.

Рассмотрим некоторые схемы включения ОУ:

1. Инвертирующий операционный усилитель (13-28):

Рис. 13-28. Схема инвертирующего операционного усилителя.

Усилитель охвачен отрицательной обработкой связью через R₂ между выходом и инвертирующим входом. Допустим, что входное сопротивление усилителя велико Rвх-0, а Rвых-0, то при большом коэффициенте усилителя (К₀=10⁵) Iвх=Iвых и находятся как Iвх=иIвых=…………………………………………………………………………………(13.18)

Коэффициент усиления по напряжению с учётом обратной связи равен , (13.19)

где знак “-“ показывает на то, что при усилении происходит инверсия полярности входного сигнала на 180⁰.

Если изменять соотношения R₁ и R₂, то можно получить требуемый коэффициент усиления.

В том случае когда R₁=R₂, то схема будет работать в режиме повторителя.

2. Неинвертирующий усилитель.

Рис. 13-29. Схема неинвертирующего операционного усилителя.

Коэффициент усиления по напряжению составляет (13.21)

Из уравнения видно, что Kuможно задать любым, изменяя соотношение сопротивленийR₁иR₂, а приR₂=0 можно получить схему повторителя напряжения.

Работа операционных усилителей связана с тем, что коэффициент усиления зависит от частоты сигнала и уменьшается с увеличением частоты. Для типового операционного усилителя Kuуменьшается начиная с частоты 10⁴Гц и достигает практически нулю при частоте порядка 10⁷Гц.

В настоящее время особое место в операционных усилителях занимают быстродействующие импульсивные операционные усилители в интегральном исполнении. В таких усилителях скорость нарастания выходного импульса 4000В за 1 мкс.