на переходе коллектор — эмиттер транзистора VTL.
Поскольку транзисторы VT1 и VT2 одного типа, то на втором транзисторе будет аналогичное напряжение. Это напряжение вызвано током, протекающим через транзистор VT3. Максимальный выходной ток определяется допустимой мощностью рассеивания транзистора VT3. Для токов свыше 5 мА линейность преобразования выше 1 %. Для стабилизации работы ОУ необходимо между выводами 5 и 6 подключить конденсатор С = 56 пФ, а между выходами 1 и 8 — последовательно включенные резистор R = 1,5 кОм и конденсатор С = 300 пФ.
Двухполярный источник тока.
Схема преобразования источника напряжения в двухполярный источник тока (рис. 2.38) построена на основе генератора тока, выполненного на полевом транзисторе. Независимо от полярности входного напряжения на сток транзистора подается минус по отношению к истоку. Он всегда находится в нормальном режиме включения. Это достигается диодной мостовой схемой. Транзистор начинает проводить при входном напряжении больше 1,4 В. Режим стабилизации тока происходит при U > 6 В.
В устройстве вместо диодов КД503 можно применить интегральную микросхему КЦ403, а для выходного тока более 100 мА — К142НД5 при соответствующей замене полевого транзистора на КП903В.
Преобразователь «напряжение-ток».
Преобразование напряжения в ток осуществляется на выходе ОУ DA1 (рис. 2.39). Две последующие интегральные микросхемы осуществляют контроль выходного тока. Микросхема DA2 является повторителем, а на выходе интегральной микросхемы DA3 устанавливается напряжение, равное падению напряжения на резисторе R3. Это напряжение подается на вход ОУ DA1, где оно сравнивается с входным напряжением. Крутизна передаточной характеристики равна 0,5 мА/В. При этом нелинейность характеристики не хуже 0,05 % при сопротивлении нагрузки меньше 1 кОм. Выходной ток регулируется в пределах от — 5 до +5 мА. Температурная нестабильность выходного тока 0,01 мкА/град. Выходное сопротивление более 5 кОм.
Двухполярный преобразователь «напряжение-ток».
Основные параметры схемы на рис. 2.40 описываются выражением
где Iн — ток, протекающий на выходе схемы; U2 — напряжение на выходе интегральной микросхемы DA1. Если сопротивления резисторов выбраны таким образом, что R1/(R1 + R2) = R3/(R3 + R4), то Iн = Uвx/R5. В зависимости от знака входного напряжения выходной ток может иметь как положительную, так и отрицательную полярность.
Преобразователь «ток-напряжение».
Преобразователь (рис. 2.41) построен на принципе усилении напряжения, которое образуется на низкоомном сопротивлении от протекающего входного тока Uвых = К∙Iвх. Коэффициент преобразования схемы К = R6(R3/R4). Для настройки ОУ при Iвх = 0 служит резистор R2.
В схеме рис. 2.41,а часть входного тока ответвляется в цепь R1 + R3. В схеме рис. 2.41,б потери входного тока отсутствуют. Здесь можно увеличить коэффициент преобразования до 100, уменьшить сопротивление резистора R4 и увеличить R5.
10. КАСКОДНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ
Управляемый делитель на транзисторах.
Делитель напряжения (рис. 2.42) построен на двух транзисторах, у которых используются сопротивления перехода эмиттер — база. Эти сопротивления меняются в зависимости от протекающего через них тока. Зависимость ослабления выходного сигнала от управляющего тока показана на рис. 2.42,б. При управляющих токах около 1 мкА ослабление сигнала может достигать 103 раз.
Каскодное включение полевого и биполярного транзисторов.
Приведенные на рис. 2.43 схемы включения имеют большое входное сопротивление. Коэффициент передачи определяется структурной схемой. Он зависит от h21э = h21б∙(1 — h21б) — коэффициента передачи биполярного транзистора и от s — крутизны полевого транзистора. На рис. 2.43,а устройство имеет коэффициент передачи
ГЛАВА 4
УСИЛИТЕЛИ
Область использования усилителей обширна. Многообразие назначения усилителей порождает различия в требованиях, которым они должны отвечать. В связи с этим они могут различаться между собой как по числу активных элементов, так и по конструкции. Усилители являются составной частью почти любого прибора. В любом устройстве, прежде чем вести обработку сигналов, поступающих с датчиков, необходимо усилить эти сигналы. К усилителям предъявляются самые разнообразные требования: широкие пределы коэффициента передачи (от 1 до 106), возможно меньший уровень шумов, возможно большее входное сопротивление, малое потребление тока, необходимая частотная полоса пропускания, устойчивая работа в различных климатических условиях. В одном усилителе совместить все эти требования практически невозможно. Для решения подобных вопросов применяют различные виды усилителей. Все усилители можно разбить на четыре группы: усилители звукового диапазона частот, селективные, широкополосные и гальванометрические усилители. Поскольку граница разделения является чисто условной, то один вид усилителей можно с успехом применять для разных целей. Каждая группа усилителей удовлетворяет лишь отдельным перечисленным требованиям.
1. В усилителях звукового диапазона частот основное внимание уделяется формированию необходимой частотной характеристики. Эти усилители, перекрывают широкую область частот от 20 Гц до 20 кГц. Они должны обладать низким уровнем шумов и большой чувствительностью. Усилителям этого диапазона частот уделяется большое внимание в технике записи и воспроизведения звука, для усиления сигналов от различных магнитных и пьезоэлектрических датчиков. Здесь могут применяться усилители с непосредственной связью и с малым уровнем шумов.
2. Селективные усилители применяют в промышленных системах обработки информации, когда необходимо из широкого спектра частот входного сигнала выделить составляющие, несущие информацию. Селективные усилители должны обеспечивать постоянство частотных и фазовых характеристик выделяемого сигнала, возможность регулировки коэффициента передачи и выделяемой полосы частот, устойчивую работу при больших коэффициентах усиления. Для регулировки коэффициента усиления применяют диоды и полевые транзисторы.
3. Широкополосные усилители являются входными каскадами устройств широкого назначения. В функции широкополосных усилителей входит ограничение шума, поступающего с антенны или датчика, с целью увеличения отношения сигнал-шум.
4. Гальванометрические усилители предназначены для измерения малых постоянных или медленно меняющихся токов. Их применяют для усиления малых сигналов и потенциалов различных датчиков, имеющих большое выходное сопротивление. Создать усилители с большим входным сопротивлением на биполярных транзисторах путем введения ООС в широком диапазоне частот практически невозможно. По этой причине почти все практические схемы гальванометрических усилителей имеют входные каскады с полевыми транзисторами. В этом случае сравнительно просто получить большое входное сопротивление и низкий уровень шумов.
1. УПРАВЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОМ УСИЛЕНИЯ
Настройка усилителя на ОУ.
Схема с ОУ (рис. 4.1) считается настроенной, если при Е1 = Е2 = Е3 = 0 выходное напряжение равно нулю. Этот режим работы ОУ устанавливается при условии R6 = 1/(1/R1 + 1/R2 + 1/R3
