Вхідний каскад, який забезпечує необхідний рівень підсилення сигналу для виділення його із сигналів шумів;

1.     вхідний каскад, який забезпечує необхідний рівень підсилення сигналу для виділення його із сигналів шумів;

2.     каскад, який, як правило, є підсилювачем потужності. Він може бути вихідним каскадом. Такі каскади виконують за двотактними схемами, що працюють в режимі В або АВ, або у вигляді потужних емітерних чи витокових повторювачів, якщо підсилювач повинен працювати на низькоомне навантаження.

3.     узгоджуючий каскад. В якості узгоджуючого може використовуватись як каскад із загальним емітером, так і каскад із загальним колектором.

В багатокаскадних підсилювачах застосовують кола місцевого або загального зворотного зв’язку, який дозволяє забезпечити необхідний вигляд амплітудно-частотної характеристики. Міжкаскадний зв'язок може бути виконаний як у вигляді гальванічно розв’язаних, так і гальванічно зв’язаних кіл. Гальванічна розв’язка кіл забезпечена ємнісними елементами.

У наведеній схемі у вхідному каскаді підсилення резистор зворотного від’ємного зв’язку Re розділено на дві частини і тільки одна частина охоплена зворотнім зв’язком по змінній складовій Се1 (Re'). Таке рішення дозволяє збільшити вхідний опір каскаду і узгодити його з джерелом вхідного сигналу. Узгоджений каскад на транзисторі VT2 виконує за традиційною схемою з емітерною стабілізацією режиму транзистора за постійним струмом.

Вихідний каскад виконано у вигляді потужного емітерного повторювача на VT3. ланка загального зворотного зв’язку RзвСзв дозволяє ліквідувати завал АЧХ на високих частотах.

Для підсилення малозмінних сигналів, в якості яких можуть бути сигнали від випромінювальних перетворювачів, давачів тиску, зміщення використовуються так звані підсилювачі постійного струму. Вони аналогічні попередньому каскаду. Міжкаскадний зв'язок є гальванічний, так само як і кола зворотного зв’язку не повинні містити частотозалежних елементів.

Недоліки такої схеми полягають в присутності постійної складової на вході схеми, яка може впливати на вхідний сигнал. Якщо вихідний опір джерела сигналу буде гальванічно ввімкнений на вхід підсилювача і параметри його змінюються з часом, то це може привести до зміни режиму вхідного каскаду за постійним струмом. Для уникнення цього на вході вмикається додатковий резистивний подільник Rg1, Rg2, через який подається вхідний сигнал.

Проблемою в підсилювачах постійного струму є задання режиму роботи кожного наступного каскаду, оскільки в цьому випадку вхідний сигнал несе інформацію як про змінну, так і про постійну складову, а це означає, що в кожному наступному каскаді робоча точка повинна зміщуватись по лінії статистичного навантаження, а це призводить до зменшення амплітуди вихідного сигналу, а відповідно і загального коефіцієнта підсилення багато каскадного підсилювача.

Іншим методом забезпечення заданого режиму ППС є використання додаткового зміщення, полярність якого протилежна до напруги живлення каскаду.

Резистивні дільники за постійним струмом вмикаються через додаткове джерело -Uзм.

2.13 Вихідні каскади підсилювачів потужності

В якості вихідних каскадів, як правило, використовують двотактні схеми, що працюють в режимі В або АВ завдяки їх високому ККД.

Виділяють безтрансформаторні і трансформаторні схеми підсилювачів.

Перші характеризуються малими масогабаритними показниками і реалізуються в інтегральних схемах.

Другі як правило застосовують вхідний і вихідний диференційний трансформатор з виводом від середньої точки відповідно вторинної і перевинної обмотки.

В таких схемах одне плече забезпечує підсилення одного півперіоду синусоїдального сигналу. ЕРС, що наводиться у первинній обмотці вхідного трансформатора забезпечує аналогічну полярність ЕРС у вторинній обмотці. За рахунок її диференційності, напруга прикладається до баз транзисторів.

В один півперіод полярність ЕРС перевинної обмотки VT2 буде відкриваючою для VT1 і закриваючою для VT2.

Струм протікатиме через відкритий VT1 і половину первинної обмотки ТР2. в другий півперіод полярність ЕРС на вторинній обмотці ТР1 буде протилежною і відкритим стане транзистор VT2. струм у первинній обмотці ТР2 буде протікати по іншій частині обмотки і в протилежному напрямку, а полярність ЕРС на навантаженні Rн змінити свій напрямок.

Без трансформаторні вихідні каскади виконують на транзисторах однакового або різного типу провідності.

Вхідний сигнал будь якої полярності автоматично є відкриваючим для одного транзистора і закриваючим для іншого. Завдяки використанню двополярного джерела живлення струм у навантаженні матиме протилежний напрямок в різні півперіоди вхідного сигналу.

Якщо використати транзистори однакового типу провідності, то для забезпечення стабільності роботи транзистора навантаження вмикають через роздільний конденсатор, акумулюють транзистор з допомогою додаткового фазоінвертуючого каскаду.

На даній схемі відкриваючі потенціали для різних транзисторів VT2, VT3 знімаються з колектора та емітера транзистора VT1. оскільки ці потенціали є протифазними один відносно іншого, то вони забезпечують комутацію транзисторів однакового типу провідності.

При комутації транзисторів однакового типу провідності в один півперіод, коли VT2 відкрите, струм через навантаження протікає завдяки струму зарядки конденсатора Ср. В другому півперіоді VT2 закритий, VT1 – відкритий. Заряджений конденсатор розряджається і забезпечує протилежну полярність вихідного струму і напруги.

В реальних схемах використовують спеціальні зміщення початкового потенціалу баз вихідних транзисторів з допомогою прямозміщених р-n переходів та так звані пристрої вольтодобавки, що забезпечують підвищення значеня напруги живлення вихідних каскадів.

Діоди VD1, VD2 забезпечують додаткове початкове зміщення потенціалів баз транзисторів для реалізації режиму роботи підсилювача класу АВ, окрім того забезпечує додаткову термостабілізацію каскаду.

Резистор Rk' та конденсатор Сд виконує роль вольтодобавки, за рахунок перезарядки конденсатора в різні півперіоди вихідного сигналу. Зворотній зв'язок через R1, а також емітерні резистори Rе1 та Rе2 забезпечують зменшення вихідного опору каскаду.

3. Операційні підсилювачі

 

3.1 Структурна схема та основні параметри операційних підсилювачів

Операційні підсилювачі – це пристрої, виконані на основі схем підсилювачів постійного струму, які призначені для функціональної обробки сигналів.

Ідеальний підсилювач володіє коефіцієнтом підсилення, що прямує до безмежності, безмежним вхідним та практично нульовим вихідним опором і безмежною смугою пропускання. Такі підсилювачі реалізують на основі кількох диференційних послідовно ввімкнених каскадів підсилення. Вони можуть вмикатись як в однополярному, так і в диференційному зміщенні. Завдяки безмежному коефіцієнту підсилення параметри ОП повністю визначаються колами зворотного зв’язку. Такий підсилювач має вхідний інвертуючий та неінвертуючий сигнали, вихідний електрод та клеми для ввімкнення біполярного живлення.

Основні параметри підсилювача:

1.                Вхідна напруга

2.                Вхідний струм

Ці параметри вказують на номінальні значення вхідних сигналів, що забезпечують заданий, як правило, одиничний рівень підсилення.

3.               

4.                Коефіцієнт підсилення (~105, 106)

5.                Вхідний опір

Розрізняють диференційний опір, який вимірюється між входами (інвертуючим та неінвертуючим) та синфазний, що вимірюється між загальним проводом та паралельно замкненими входами.

6.                Вихідний опір (~10,100 Ом)

7.                Гранична смуга підсилення

8.                Швидкість зростання вихідного сигналу (1В за 1мкс)

Структурна схема типового ОП складається з вхідного каскаду узгодження і вихідного каскаду потужності.

Вхідний каскад на транзисторах VT1, VT2 виконується у вигляді диференційного підсилення. Живлення його забезпечується схемою струмового дзеркала на транзисторах VT3, VT4. узгоджений каскад є також диференційним, але виконаний він на транзисторах протилежного типу провідності відносно вхідного каскаду. Сигнал на вихідний каскад VT8, VT9 подається через схему з загальним емітером VT7. для корекції нуля вихідного сигналу при відсутності вхідного застосовують додаткове коло корекції від зовнішнього джерела через Rкор.

Вихідні Re' та Re'' зменшують вихідний опір схеми. Передаточна характеристика ОП є практично лінійною з досить малим значенням динамічного діапазону за вхідним сигналом. Вихідна напруга є дещо меншою за напругу живлення.

3.2 Типові схеми ввімкнення та реалізації математичних операцій з

допомогою операційних підсилювачів

1.                 Повторювач напруги

При реалізації 100% від’ємного зворотного зв’язку за напругою, що задається із закороченням виходу з інвертуючим входом Uвих = Uвх, при цьому Rвх буде збільшений - Rвх(1+Кu), а вихідний зменшений - Rвих.зв = Rвих./(1+Кu). Uвих = Uвх.н.

Синфазний сигнал практично повністю подавляється, оскільки ΔUвх = Uвх.н - Uвх.і