Файл: С.Н. Гринфельд Физические основы электроники уч. пособие.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.07.2024
Просмотров: 619
Скачиваний: 1
СОДЕРЖАНИЕ
С.Н. Гринфельд физические основы электроники
1. Электропроводность полупроводников
1.1. Строение и энергетические свойства кристаллов твердых тел
1.2. Электропроводность собственных полупроводников
1.3. Электропроводность примесных полупроводников
1.4. Дрейфовый и диффузионный токи в полупроводниках
2. Электронно-дырочный переход
2.1. Электронно-дырочный переход при отсутствии внешнего напряжения
2.2. Электронно-дырочный переход при прямом напряжении
2.3. Электронно-дырочный переход при обратном напряжении
2.4. Вольт-амперная характеристика электронно- дырочного перехода. Пробой и емкость p-n-перехода
3.1. Общие характеристики диодов
4. Полупроводниковые транзисторы
4.1.2. Принцип действия транзистора
4.1.3. Схемы включения транзисторов
4.1.5. Влияние температуры на статические характеристики бт
4.2.1. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом Структура и принцип действия пт
Схемы включения полевого транзистора
Температурная зависимость параметров птуп
4.2.2. Полевые транзисторы с изолированным затвором
Структуры пт с изолированным затвором
Статические характеристики мдп-транзистора с индуцированным каналом
Статическая характеристика передачи (или сток – затвор)
Статические характеристики мдп-транзистора со встроенным каналом
Максимально допустимые параметры полевых транзисторов
5.2. Диодные тиристоры (динисторы)
5.4. Симметричные тиристоры (симисторы)
5.5. Зависимость работы тиристора от температуры
6.1. Классификация, основные характеристики и параметры усилителей
6.3. Обратные связи в усилителях
6.3.3. Влияние отрицательной ос на нелинейные искажения и помехи
6.3.4. Влияние отрицательной ос на частотные искажения
6.3.5. Паразитные ос и способы их устранения
6.5. Каскады предварительного усиления
6.5.3. Работа каскада с оэ по переменному току
6.5.5. Усилительный каскад на полевом транзисторе
6.5.6. Схема с ос (истоковый повторитель)
7.1. Определение усилителя постоянного тока. Дрейф нуля
7.2. Однотактные усилители прямого усиления
7.3. Дифференциальные усилители
7.3.2. Схемы включения дифференциального усилителя
7.3.3. Коэффициент ослабления синфазного сигнала
7.3.4. Разновидности дифференциальных усилителей
8. Определение и основные характеристики операционных услителей
8.1. Устройство операционных усилителей
8.2. Характеристики операционных усилителей
8.4. Применение операционных усилителей
Неинвертирующий усилитель на оу
И Рис. 8.12. Схема инвертирующего усилителянвертирующий усилитель
У Рис. 8.14. Схема усредняющего усилителясредняющий усилитель
Усилители переменного напряжения
9. Устройства сравнения аналоговых сигналов
10.3. Особенности интегральных схем как нового типа электронных приборов
О Рис. 1. Схема исследования характеристик транзистора по схеме с оЭписание лабораторной установки
Лабораторная работа 2 исследование однокаскадного усилителя с общим эмиттером
Описание лабораторной установки
Лабораторная работа 3 дифференциального усилителя постоянного тока
Описание лабораторной установки
Последовательность расчета усилителя
Последовательность Расчета усилителя в области низких частот
Софья наумовна гринфельд физические основы электроники Учебное пособие
7.3.3. Коэффициент ослабления синфазного сигнала
Коэффициент ослабления (подавления) синфазного сигнала (KОСC) является основным параметром ДУ, характеризующим качество его работы. Для того чтобы представить этот параметр, прежде всего, необходимо определить коэффициент усиления по напряжению ДУ для синфазного сигнала (Кu сф).
При воздействии синфазного сигнала на ДУ можно представить, что его входы соединены друг с другом. Как уже анализировалось в разделе 7.3 (см. рис. 7.4), в данном случае резистор Rэ, будет создавать последовательную ООС по току для каждого плеча ДУ (каскада ОЭ). Обычно эту ООС стараются сделать глубокой. Коэффициент усиления плеча для синфазного сигнала можно представить как Кu оскаскада ОЭ при глубокой ООС с помощью формулы:
Кu ос = -Rк /Rэ,
т.е. для первого плеча:
Ku сф1 =Rк1 /Rэ,
и для второго
Ku сф2 Rк2 /Rэ.
Теперь можно записать для Ku сфвсего ДУ:
. (7.7)
Из формулы (7.7) следует основной вывод, который в разд. 7.3.1 был сформулирован в виде двух основных требований к ДУ. Действительно, чем лучше симметрия плеч ДУ, тем меньше ∆Rк. Поскольку идеальная симметрия невозможна, то всегда ΔRк≠ 0. При заданном ΔRк, уменьшитьKu сфможно за счет увеличения глубины ООС, т.е. увеличенияRэ. Обычно КОСС представляется как отношение модулей Кu дифи Кu cф, выраженное в децибелах, т.е.
KOСC= 201g(Кu диф / Кu cф).
Раскрыв значения коэффициентов усиления из выражений (7.4) и (7.7), можно записать:
(7.8)
где δ = ΔRк/Rк— коэффициент асимметрии ДУ.
П
Рис.
7.7. Схема ДУ с генератором стабильного
тока
Напомним, что для реальных условий ГСТ представляет собой эквивалент сопротивления для изменяющегося сигнала (в нашем случае синфазного) большого номинала - до единиц мегаом. Кроме того, в режиме покоя ГСТ представляет собой относительно небольшое сопротивление (порядка единиц килоом), из-за чего и все устройство будет потреблять от источников питания относительно небольшую мощность. Таким образом, использование ГСТ в ДУ позволяет реализовать усилитель в виде экономичной монолитной ИС, имеющей большой КОСС. Современные ДУ могут быть выполнены по различным схемам, но в них всегда используется ГСТ. Для таких ДУ значения КОСС обычно лежат в пределах 60...100 дБ.
7.3.4. Разновидности дифференциальных усилителей
В большинстве практических случаев ДУ используется как входной каскад многокаскадных усилительных ИС. Поэтому при разработке ДУ стремятся реализовать в нем значительное входное сопротивление для дифференциального сигнала. Одной из разновидностей таких устройств является ДУ на составных транзисторах (рис. 7.8). Здесь ГСТ изображен символически.
Отметим, что составной транзистор позволяет получить большой коэффициент усиления по току. При равенстве параметров транзисторов в плече ДУ его Rвхплможет быть рассчитано по формуле:
Rвх = β2Rэ,
где вместо R, следует подставить сопротивление эмиттерного переходаrэ, транзистора Т3(или Т4).
Для получения больших Rвхплцелесообразно использовать ДУ в режиме малых токов (в микрорежиме), что будет приводить к возрастаниюrэ. Кроме того, желательно применять транзисторы с высокими значениями β.
Другой разновидностью ДУ с повышенным входным сопротивлением является усилитель на полевых транзисторах. На рис.7.9 приведена принципиальная схема одного из вариантов ДУ на МДП-транзисторах. Здесь использованы МДП-транзисторы сn-каналом, который может быть и встроенным, и индуцированным. Подложки МДП-транзисторов могут быть соединены со своими истоками или с общей шиной.
В рассматриваемом ДУ МДП-транзисторы Т1и Т2выполняют свои основные усилительные функции активных элементов, а ТЗи Т4- функции резисторов. Такой ДУ иногда называют усилителем с динамической нагрузкой. Коэффициент усиления по напряжению для дифференциального сигнала определяется отношением ширин каналов МДП-транзисторов (см. рис. 7.9) Т1и ТЗ(или Т2и Т4).
Технологически это отношение сделать большим очень трудно, поэтому в реальных структурах Кu дифобычно не превышает 10, и коэффициент ослабления синфазного сигнала у таких ДУ тоже меньше, чем у ДУ на биполярных транзисторах. Однако входные сопротивления велики как для дифференциального, так и для синфазного сигналов (более 1010Ом). В дифференциальных усилителях на МДП-транзисторах обычноRвх плопределяется утечками структуры. Для получения ДУ с очень большими входными сопротивлениями и с хорошими другими параметрами целесообразно использовать усилитель рис.99, в котором транзисторы Т1и Т2являются МДП-транзисторами.
В ИС широкое распространение получили замены резисторов транзисторами, которые, являются наиболее предпочтительными элементами для ИС. Пример такой замены приведен (см. рис. 7.9). Однако не только МДП-транзисторы, но и биполярные широко используются в усилительных ИС (в частности, в ДУ) вместо резисторов Rк, т. е. выполняют в усилителях функцию динамических нагрузок.
Н
Рис. 7.10. ДУ с
динамической нагрузкой
За счет этого тока возникает приращение напряжения между базой и эмиттером Т3, которое является приращением входного напряжения для транзистора Т4. Таким образом в цепи «эмиттер – коллектор» Т4 возникает приращение тока, практически равное ∆Iк1, поскольку в ДУ плечи симметричны. Структуру, основой которой являются транзисторы Т3 и Т4, принято называть отражателем тока, или токовым зеркалом. Отражатели тока находят широкое применение в современных ИС непрерывного действия.
Итак, в рассматриваемый момент на базу транзистора Т2приложена отрицательная полуволнаUвх2. Следовательно, в цепи его коллектора появилось отрицательное приращение тока (∆Iк2), протекающего в направлении, указанном стрелкой (см. рис. 7.10). При этом приращение тока нагрузки для ДУ равно:
∆Iк1+ ∆Iк2,
т.е. ДУ с отражателем тока обеспечивает большее усиление дифференциального сигнала. В данном случае
Кuдиф= βRн/ (Rг+Rвх).
Необходимо также отметить, что для рассматриваемого варианта ДУ в режиме покоя ток нагрузки равен нулю.
В многокаскадных УПТ Rнявляется входным сопротивлением последующего каскада, значение которого, как было показано ранее, может быть очень большим. Таким образом, ДУ с отражателем тока является усилителем с большим Кu дифи, естественно, обладает всеми преимуществами дифференциальных усилителей.