Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах

Схема дифференциального усилителя представлена на рис. 11.1.

Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах - student2.ru

Рис. 11.1. Дифференциальный усилитель

Основная идея, реализованная в дифференциальном каскаде, состоит в использовании в одном целом двух совершенно одинаковых половин. Это приводит к тому, что выходное напряжение uвых.диф очень слабо зависит от входного синфазного напряжения и практически определяется только uвх.диф.

Дифференциальное входное напряжение определяется выражением

Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах - student2.ru .

Коэффициент усиления по напряжению для дифференциального сигнала Кдиф описывается выражением

Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах - student2.ru .

Как известно, при увеличении начального тока в цепи эмиттера величина rэ уменьшается, а при уменьшении увеличивается. Поэтому при увеличении тока i0 коэффициент Кдиф увеличивается. Это позволяет изменять коэффициент усиления, изменяя начальный режим работы усилителя.

Усилитель постоянного тока с модуляцией и демодуляцией

(усилитель типа МДМ)

В усилителях рассматриваемого типа входной постоянный или медленно изменяющийся сигнал преобразуется (модулируется) в переменный повышенный частоты. Полученный сигнал усиливается с помощью усилителя переменного напряжения, а затем вновь преобразуется (демодулируется) в постоянный или медленно изменяющийся. Частота переменного напряжения часто составляет десятки килогерц.

Структурная схема усилителя типа МДМ приведена на рис. 11.2.

Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах - student2.ru Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах - student2.ru

Рис. 11.2. Структура усилителя Рис. 11.3. Временные диаграммы

с МДМ напряжений в усилителе

Модулятор преобразует постоянный или медленно изменяющийся входной сигнал в переменное напряжение с частотой fоп, определяемой генератором опорного напряжения, и амплитудой, пропорциональной входному сигналу. Переменное напряжение uм с выхода модулятора поступает на вход низкочастотного усилителя переменного тока. Демодулятор – фазочувствительный выпрямитель – преобразует переменное напряжение в постоянное, причем величина постоянного напряжения пропорциональна амплитуде переменного напряжения, а следовательно, пропорциональна входному сигналу.

Временные диаграммы указанных на схеме напряжений, поясняющих работу усилителя, приведены на рис. 11.3.

Вследствие того, что в усилителях типа МДМ разорваны гальванические связи между каскадами, удается достичь высокого качества усиления, так как дрейф нуля в данной схеме отсутствует. Такие усилители могут использоваться в высокоточных (прецизионных) устройствах.

Еще одним достоинством усилителей типа МДМ является возможность изолировать с помощью трансформатора входную и выходную части. Изолирующие усилители широко используются, например, в медицинской электронике.

УСЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ

(мощные выходные усилители)

Усилителем мощности называют усилитель, предназначенный для обеспечения заданной мощности нагрузки Рн при заданном сопротивлении нагрузки Rн. Усилитель мощности является примером устройства силовой электроники. Основная цель таких устройств состоит в том, чтобы отдать нагрузке заданную мощность.

Уровень нелинейных искажений и КПД усилителя мощности существенно зависят от начального режима работы, причем нелинейные искажения обусловливаются нелинейностью не только входных, но и выходных характеристик транзисторов, так как они работают в режиме большого сигнала. Минимально возможный уровень нелинейных искажений можно обеспечить в режиме класса А, а максимально возможный КПД – в режиме классов В или АВ.

Усилители мощности бывают однотактные и двухтактные, причем первые работают в режиме класса А, а вторые – в режиме классов В или АВ. Однотактные усилители мощности применяются при относительно малых выходных мощностях (единицы ватт).

В соответствии с требованием обеспечить заданную мощность нагрузки Pн при разработке усилителя мощности должен быть решен вопрос о соответствующем выборе напряжения усилителя Е. Предположим, что усилитель с указанным напряжением питания может создать на нагрузке синусоидальный сигнал с максимально возможной амплитудой напряжения

Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах - student2.ru .

Тогда максимально возможная нагрузки Рн.макс определится выражением

Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах - student2.ru ,

откуда

Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах - student2.ru .

Для согласования усилителя и нагрузки часто используют трансформатор (рис. 11.4). Через W1 и W2 обозначено соответственно количество витков первичной и вторичной обмоток трансформатора, а через uвых и Rвых – соответственно выходное напряжение и выходное сопротивление усилителя.

Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах - student2.ru

Рис. 11.4. Трансформатор согласования усилителя и нагрузки

При определении мощности нагрузки эту схему можно заменить эквивалентной схемой, приведенной на рис. 11.5. В ней через R'н обозначено приведенное сопротивление нагрузки

Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах - student2.ru ,

где n – коэффициент трансформации ( Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах - student2.ru ).

Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах - student2.ru

Рис. 11.5. Эквивалентная схема согласования усилителя с нагрузкой

Изменяя коэффициент трансформации, можно добиться необходимого согласования усилителя и нагрузки, причем известно, что максимальная мощность в нагрузку отдается при Rвых=R'н. Отсюда определим оптимальное значение коэффициента трансформации:

Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах - student2.ru .

Наши рекомендации