Файл: Богомолов А.М. Судовая полупроводниковая электроника.pdf

синфазным возмущающим воздействием и вызывает до­ полнительный вклад в выходное разностное напряжение синфазной ошибки.

В схеме рис. 39, б этот эффект устранен введением в усилительный каскад через задающий генератор тока отрицательной обратной связи по синфазному выходно­ му напряжению.

Цепь ООС по синфазному напряжению обеспечивает

в цепях RKl и Rk2 и от синфазного входного сигнала.

В схеме рис. 39, в сигнал ООС по синфазному напря­ жению вводится не в базовую, а в эмиттерную цепь то­ козадающего транзистора Тз, поскольку второй каскад на транзисторах n/m-проводимости инвертирует сигнал обратной связи.

Существует разновидность этой схемы, отличаю­ щаяся тем, что сигнал ООС введен в эмиттерную точку транзистора Тз через вспомогательный эмиттерный по­ вторитель.

Токозадающий транзистор 7'3 с вспомогательным эмиттерным повторителем образует несимметричный дифференциальный каскад, благодаря чему глубина ООС увеличивается, а кроме того, стабильность работы токозадающего участка повышается.

Подавлять синфазную помеху можно также, вводя положительную обратную связь по разностной состав­ ляющей выходного сигнала (рис. 39, г).

Этот прием повышает входное сопротивление ДУ, од­ нако, по нашему мнению, он мало эффективен для подав­ ления синфазной помехи, так как через цепь ПОС вво­ дится разностный сигнал, содержащий синфазную ошибку.

Весьма действенным средством повышения входного сопротивления ДУ является применение в плечах схемы не одиночных, а составных транзисторов (рис. 40, б). Принцип действия такого составного триода в режиме эмиттерного повторителя был описан в § 6.

104

R„

Рис. 40. Дифференциальный усилитель с применением двухтран­ зисторных секций, охваченных отрицательной обратной связью

по току:

а— схема усилителя; б — схема двухтранзисторной секции

Всхеме рис. 40, а эти составные транзисторы ис­ пользуются как инвертирующие усилительные элементы,

укоторых нагрузка подключена к эмиттерам вторых

транзисторов.

Значительный коэффициент передачи составных транзисторов обусловливает необходимость выравнива­ ния входных сопротивлений составных пар введением в их эмиттерные точки резисторов, обеспечивающих ме­ стные цепи ООС по току. Кроме того, целесообразно применение регулировочных потенциометров в общих эмиттерной и коллекторной точках для точной баланси­ ровки схемы.

Способы включения источников сигнала в дифферен­ циальном усилителе

В ДУ, имеющем входные делители установки рабо­ чей точки (см. рис. 38, а), источник сигнала может подключаться непосредственно к входам А и Б.

Необходимо учитывать, что допустимая амплитуда входного сигнала (динамический диапазон по входному

105

сигналу) у ДУ, не содержащих эмиттерных добавочных сопротивлений, не превышает 0,1 В. Включение допол­ нительных эмиттерных сопротивлений увеличивает ли­ нейность статической характеристики и динамический диапазон по входному сигналу, однако уменьшает коэф­ фициент усиления по напряжению.

Собственное входное сопротивление ДУ разностному сигналу равно:

Входной делитель сильно понижает общее входное сопротивление схемы. Поэтому в схемах, обладающих высокой температурной стабильностью за счет средств подавления синфазной помехи, входные делители не применяются.

При наличии двух источников сигнала, не различаю­ щихся по напряжению более чем на величину входного динамического диапазона ДУ, используется включение по схеме, изображенной на рис. 38, в.

Если в составе сигнала имеется значительная посто­ янная составляющая и малая переменная составляющая с амплитудой, не превышающей входного динамическо­ го диапазона ДУ, применяется включение по схеме рис. 38, г, позволяющее выделить и усилить только неко­ торую составляющую входного сигнала.

Большое распространение получили операционные усилители, в которых применяются дифференциальные каскады предварительного усиления.

Рис. 41. Многотранзисторный дифференциальный усилитель

106

Г Л А В А У

П е р е н л ю ч а ю щ и е с х е м ы на т р а н з и с т о р а х

Основной особенностью переключающих схем является то, что транзисторы в этих схемах рабо­ тают попеременно в двух режимах — насыщения и от­ сечки, практически не задерживаясь в активной области. Работа транзистора при этом аналогична работе меха­ нического ключа — режим насыщения соответствует замкнутому состоянию ключа, а режим отсечки — ра­ зомкнутому. В обоих этих режимах мощность, рассеива­ емая в транзисторе, невелика (в идеальном случае рав­ на нулю), что позволяет получать в нагрузке высокую мощность, используя сравнительно маломощный тран­ зистор. Кроме того, поскольку оба рабочих режима на­ ходятся в крайних точках линии нагрузки, значительно облегчается температурная стабилизация переключаю­ щих схем. Это также является их важным преимущест­ вом.

Переключающие-схемы не столь критичны к разбро­ су параметров составляющих их элементов. Это позво­ ляет осуществлять серийное производство таких схем без какого-либо предварительного отбора элементов, а также устраняет необходимость в настройке готовых схем.

Все эти преимущества объясняют широкое распрост­ ранение переключающих схем в современной полупро­ водниковой электронике.

§ 1. Классификация переключающих схем

Переключающими схемами или схемами бесконтакт­ ной коммутации называются такие схемы, выходная цепь которых способна резко, скачкообразно, переклю­ чать нагрузку из токового состояния в обесточенное и, наоборот, из обесточенного состояния в токовое.

108

По характеру формирования времени включенного и выключенного состояния переключающие схемы под­ разделяются на ключевые, релаксационные и биста­ бильные.

Включевых схемах время включенного и выключен­ ного состояний зависит от длительности вершины им­ пульса, а также от паузы импульсного управляющего сигнала.

Врелаксационных схемах время включенного, вы­ ключенного либо и включенного, и выключенного со­ стояний зависит от длительности зарядно-разрядных переходных процессов в энергоемких С или L элемен­ тах, входящих в переключающую схему. В бистабиль­ ных схемах включенное и выключенное состояния мо­ гут сохраняться сколь угодно долгое время и зависят от момента поступления включающего и выключающего импульса.

По виду входной цепи ключевые схемы можно под­ разделять на потенциальные и импульсные. Потенциаль­ ные ключевые элементы имеют резистивную входную цепь и способны реагировать на сигнал очень малой ча­ стоты. Импульсные ключевые элементы содержат во входной цепи емкостный или трансформаторный элемент связи и реагируют только на импульсный сигнал с кру­ тым фронтом нарастания или спада.

По исходному состоянию выходной цепи ключевые элементы подразделяются на нормально открытые и нормально запертые. Нормально открытые ключевые элементы при отсутствии входного сигнала находятся во включенном состоянии, то есть имеют токовое состоя­ ние выходной цепи. Нормально закрытые ключевые эле­ менты при отсутствии входного сигнала имеют бестоковое состояние выходной цепи. Нормально открытые ключевые элементы по логическому принципу действия эквивалентны электромеханическому реле с нормально замкнутым контактом. Нормально закрытые ключевые элементы эквивалентны электромеханическому реле с нормально разомкнутым контактом.

Аналогично электромеханическим силовым коммута­ ционным элементам (контакторам) и измерительным коммутационным элементам (реле напряжения или ре­ ле тока) ключевые элементы можно подразделять на коммутационные и пороговые.

109

В ключевых коммутационных элементах основным эксплуатационным качеством является низкое выходное сопротивление во включенном состоянии и высокое вы­ ходное сопротивление в выключенном состоянии, а по­ рог срабатывания не имеет решающего значения. В по­ роговых ключевых элементах основным эксплуатацион­ ным параметром является не выходное сопротивление, а стабильность порога срабатывания (включения).

Бистабильные схемы по логическому принципу экви­ валентны либо электромеханическому реле с самоудержанием, либо поляризованному реле с двухпозицион­ ной регулировкой.

Релаксационные переключающие схемы подразделя­ ются на моностабильные (заторможенные) и нестабиль­ ные (автоколебательные). Моностабильные релаксаци­ онные схемы по логическому принципу эквивалентны электромеханическому реле, замедленному на отпуска­ ние.

Автоколебательные релаксационные схемы по ло­ гическому принципу эквивалентны либо электромехани­ ческому реле с цепью саморазмыкания через промежу­ точное реле (пульс—пара), либо электромеханическому реле с цепью саморазмыкания (зуммер).

Автоколебательная переключающая схема, эквива­ лентная релейной пульс-паре, называется мультивибра­ тором. Полного логического эквивалента электромехани­ ческому элементу зуммеру среди релаксационных пере­ ключающих схем не существует, однако допустимо таким эквивалентом считать блокинг-генератор.

Существуют неуправляемые и управляемые моноста­ бильные схемы и мультивибраторы. В неуправляемых моностабильных схемах и мультивибраторах время не­ устойчивого состояния и период генерируемых импульс­

служащему для преобразования сигнала постоянного тока в сигнал переменного тока. Эта схема называется полупроводниковым модулятором сигнала постоянного тока. Полупроводниковые модуляторы применяются в измерительных усилителях с преобразованием рода тока.

П О