Тұрақты токтың күшейткіштері

Тұрақты токтың күшейткіштері (ТТК) деп- нольдік жиілікке дейін, баяу өзгеретін сигналдарды күшейтуге арналған құрылғы 9.1-cуретте. Тұрақты токтың күшейткішінің АЖС-сі көрсетілген. ТТК-ның ерекшелігі күшейткіш каскадтарды бір-бірінен ажыратуға арналған жеке элементінің болмауында, және де сигнал көздері мен тұрақты токтың жүктемесінде.

Сурет 9.1. Тұрақты токтың АЖС күшейткіші

 

Осылайша нольге жуық жиілік сигналдарын беруді жүзеге асыру үшін, ТТК-де біртекті (гальваникалық) байланыс қолданылады. Біртекті байланыс ауыспалы токтың қарапайым күшейткіштерінде элементтер сандарын кеміту үшін, интегралды орындалуды қарапайым орындау үшін, ығысу тұрақтылығы үшін т.б. қолданылады. Бірақта мұндай байланыс күшейткіштерге бір қатар өзгерістер енгізеді: оның орындалуын және қолданылуын қиындатады. Сигналдардың баяу өзгеруін жақсы бере отырып, біртекті байланыс әр каскадқа керекті режимді бұзады және жұмыс нашар орындалады.

ТТК-ін жасағанда екі басты мәселені шешу керек: көрші каскадтағы потенциалдар деңгейінің үйлестігі және ток пен кернеудің шығыс деңгейінің дрейфтік азаюы (тұрақсыздық).

ТТК құрылу әдістері (тұрақты ток күшейткіштерінде) үш қорек көзін біреумен айырбастауға болады. R₁ мен R₂ Э.Қ.К. ығысуды туғызады; R₃ пен R₄ - Э.Қ.К. компенсациялау. Кемшіліктері: кіріс сигналдың көзі мен шығыс кернеуі ортақ нүктесі жоқ, яғни мұндай схеманы қолдану ыңғайсыз. Бұл кемшілікті жою үшін екіполярлы қорек көзін қолдану керек.

Сурет 9.2. Тұрақты ток күшейткіш схемасы

 

Күшейткіштің нөлдік дрейфі

ТТК күшейту каскадтарын қолдану нөлдік дрейф шектеледі. Нөлдік дрейф (нөлдік деңгеймен) бастапқы мәннен күшейткіш шығысында ток пен кернеудің ауытқуы өздік ауытқуы деп аталады. Бұл эффект сигналдың кірісте жоқ боған кезде де қадағаланады. Сонымен нөлдік дрейф көрінеді, ТТК кіріс сигналымен шақырылған сияқты, онда оны нақты сигналдан айыру қиын. ТТК дрейфтік нөлін төмендету мақсатымен келесі терең ТКБ(тұрақты кері байланыс) қолдану әдістері болу мүмкін, термокомпенсациялық элементтерді қолдану, тұрақты токты айнымалыға түрлендіру және келесі түзеткіштігі бар айнымалы токты күшейту, баланстық схемада күшейткішті құру және т.б. Нөлдің дрейфі себебі: қорек көздің тұрақсыздығы, температура әсері, уақыт ағымымен параметрлерді өзгерту арқылы аспаптарды қоректендіру пункті.

1) Қорек көзінің тұрақсыздығы.

E_K ұлғайсын делік=> ↑E_СМ => ↑I_Б => ↑I_К => ↑U_RK => U_шығ кішірейеді, U_шығ демек өзгерту көбірек болады, E_K өзгерісіне қарағанда. Кішірейсе және азайсада, K_U > 1, яғни өзгерістер көп болады, температура өзгерісіне қарағанда

2) Температура өзгерісі.

Температура өскенде, ұлғайып β => ↑I_К => ↑U_RK, U_шығ төмендейді.

U_{ДР.шығ.MAX} – максималды U_шығ нөлдік.дрейф

(9.1)

U_кір>> U_{ДР.кір.MAX} үлкен болу керек, болмаған жағдайда біз шығыста нөлдік дрейфі пайдалы сигналдан кері жағдайда айыра алмаймыз.

Нөлдік дрейф эффективті күресу әдісі - салыстырмалы көпірлік базасында күшейткіш каскадтарын қолдану.

Дифференциалдық күшейткіштер

Қазіргі кезде диф­ференциалды (параллельді-балансты немесе әртүрлі) күшейткіштер көп тараған. Оларды жұмыстың үлкен тұрақтылығы ерекшелейді, кіші нөлдік дрейфі, дифференциалды сигналдың үлкен күшейткіш коэффициенті және синфазды бөгеуді (помеха) өткізудің үлкен коэффициенті.

Сурет-9.3. Дифференциалды күшейткіштің (ДК) қарапайым вариантының принципиалды схемасы көрсетілген. Кандай да болсын ДК балансталған көпір принципі бойынша орындалады, екі иықтары R_к1 және R_к1 резисторлар арқылы, қалған екеуі Т1 және Т2 транзисторлармен құралған. Жүктеме кедергісі транзисторлардың коллекторлар аралықтарында қосылады, яғни көпірдің диагональында. R_Э резисторын транзистор эмиттеріне қосылған деп есептеуге болады. Дифференциалды күшейткіштің көзі екі қорек көзі арқылы жүзеге асуы, осы жағдай көңіл аударадтады, кернеулері (модул бойынша) бір-біріне тең болады. Осындай әдіспен ДК –тің қосылғыш кернеуі 2Е тең.

Сурет 9.3. ДК принципиалды схемасы

Екіншілік қорек көзін (—Е) қолдану Т1 және Т2 эмиттер потенциалдарын жалпы шинаға дейін төмендетуге рұқсат еткізеді. Бұл жағдай ДК кірісіне, кернеуді компенсациалайтын қосымша енгізусіз сигнал беруге мүмкіндік туғызады. ДК жұмысын сараптауында 2 ортақ иықты көрсету қабылданған, біреуі – транзистор Т1 және резистор R_к1, екіншісі- Т2 транзисторы және R_к2 резисторы. ДК әрбір ортақ иығы ОЭ каскады болып саналады. Олай болса, ДК-ш ОЭ екі каскадынан тұрады екенін, шешуге болады. Транзистордың жалпы эмиттер тізбегіне R_Э резистор қосылған, олардың жалпы тогы беріледі. ДК сапалы және сенімді өзінің функциясын орындау үшін, және де ұзақ уақыт процессінде өзінің көрсеткіштері мен уникалды қасиеттерін сақтау, реалды күшейткіштерде екі негізгі талаптарды орындау керек. Осы талаптарды кезегімен қарастырамыз.

Бірінші талап ДК екі иық симметриясында тұрады. ДК құрастыратын, өзі бойынша ОЭ каскадтарынын сәйкесті көрсеткіштерін қамтамасыз ету керек. Ол үшін R_к1 = R_к2, Т1 және Т2 транзисторлардың көрсеткіштері бірдей болу керек. Осыған орай монолитті ИС жақын орналасқан элементтер бірдей дерлік көрсеткіштері бар. Демек, монолитті ИС бірінші талаптары ДК орындалды. Бұл “дерлік” ДК іске асыру идеалды түрде болмаса да, бірақ та жақсы параметрлермен, ДК екіншілік негізгі талаптар міндетті шарт түрінде орындалу керек.

Екінші негізгі талап синфазды сигнал үшін терең ТКБ қамтамасыз етуден тұрады. Амплитудалары, пішіндері мен фазалары бірдей сигналдарды, яғни ұқсас сигналдарды синфазды деп атайды.

Егер ДК кірісінде сурет 9.3. U_вх1=U_вх2 бар болса, ұқсас фазаларымен сәйкес келетің, онда ДК кірісіне синфазды сигнал келді деп айтуға болады. Синфазды сигналдарды әдетте бөгеттер мен дәлдіктермен шарталады. Оларда ылғи да үлкен амплитудалары бар (пайдалы сигналды едәуір асыратын) және қаланбайтын болып келеді,кандай да болсын күшейткіш жұмысы үшін зиянды. Екінші негізгі талапты орындау ДК резистор R_Э енгізу арқылы іске асады. Егер ДК кірісіне синфазды бөгеттің сигналы келетің болса, онда Т1 және Т2 транзисторлар ашылады және олардың эмиттер токтары өседі. Нәтижесінде резистор бойынша осы токтардың қосымша өсімшелері өткенде, ТКБ сигналы пайда болады. Осы кезде ДК ортақ иығын құрайтын ОЭ каскадының синазалық сигналына арналған кернеу арқылы күшейткіш коэффициентінің кішірейуі байқалады, K_исф1 және К_исф2. Синфазалық сигналға арналған ДК күшейткіш коэффициенті К_исф = К_исф1 - К_исф2 бірінші негізгі талапты орындау есебінде К_исф1 ≈ К_исф2 кіші мән алуға мүмкіндік туады К_исф, яғни синфаздық бөгеттер беру керек. Енді ДК жұмысын қарастырамыз негізгі жұмыстық кіріс сигнал үшін – дифференциалды. Дифференциалды (фазаға қарсы) деп ұқсас амплитудасы бар, фазаға қарсы сигналды атаймыз. Кіріс кернеуі ДК кіріс арасына берілген деп есептейміз, яғни әрбір кіріске кіріс сигналдың амплитудалық мәннің жартысы ғана келеді, қарама-қарсы фаза бойынша. Егер U_кір1 қарастырылған мезетте оң жартытолқын болып келсе, онда U_кір2 – теріс болады.

U_кір1 әрекет есебі бойынша Т1 транзистор ашылады, оның эмиттер тогы оң өсімше ∆ I_Э1 алады, ал U_кір2 әрекет есебі бойынша Т2 транзистор жабылады, оның эмиттер тогы теріс өсімше ∆ I_Э2 алады.

Резистор тізбегінде токты өсімшелеген нәтижесінде R_Э ∆ I_RЭ = ∆ I_Э1 - ∆ I_Э1. Егер ДК ортақ иығы идеалды симметрияланған болса, онда ∆ I_RЭ = 0, демек, ТКБ дифференциалды сигнал үшін жоқ. Бұл жағдай ОЭ әрбір каскадынан, қарастырылған күшейткіште, демек, барлық ДК – тен үлкен күшейткіш алуға рұқсат береді. Осыдан күшейткіштің аталуы шығады- дифференциалды. Дифференциалды кіріс сигнал үшін қандай да болмасын мезетте кернеу Т1 және Т2 транзисторлардың коллекторларында қарама-қарсы фазада тұрады, онда жүктемеде екі есе шығыс сигналдың шығуы болады. Сонымен, резистор R_Э синфазды сигнал үшін ТКБ туғызады. Сондықтан, реалды ДК-те идеалды симметрия иығын іске асыра алмаймыз, онда R_Э дифференциалды сигнал үшін ТКБ шығарады, бірақ шағын тереңдікпен, иықтын симметрияся жақсы болған сайын, ТКБ кіші болады.Кішігірім тізбекті ТКБ-ты ток бойынша ДК каскадтарына береміз R₀₁ және R₀₂ резисторлар көмегімен. Жоғарыда айтылғандай, бұл резисторлар кішігірім номиналдары бар(шала өткізгіш төсеніш бөлімдері), сондықтан олармен ТКБ жасау үлкен емес және ДК күшейткіш қасиетіне әсер етпейді.

Сонымен, ДК екі негізгі талаптарды орындаған кезде, нөлдік дрейф кіші болғанда, дифференциалды сигналдың жақсы күшейтумен және маңызды басылмалы синфазды бөгетті тұрақты жұмыспен қамтамасыз етеді.ДК кіріс сигналдың қорек көзі мен жүктеме кедрегісі қалай қосылғандығына байланысты, оның қосылу схемасы бойынша айыру керек.

Тыныштық режимі

Қосамыз E_K1 и –Е_К2; U_кір1 = U_кір2 = 0, U_БЭП1 = U_БЭП2 > 0, U_БЭ = - U_ЭП.

U_ЭП = [- Е_К1 + (I_ЭП1 + I_ЭП2) × R_Э] ≤ 0

яғни U_БЭ = E_СМ = - U_ЭП, демек өтеді I_БП1 = I_БП2;

U_КЭП1 = U_КЭП2 = E_K1 – I_КП1 × R_K1 – U_ЭП = E_K1 – I_КП2 × R_К2 - U_ЭП

U_шығ = U_КЭП2 – U_КЭП1 = 0

Температура өскен кезде, демек ↑ β => ↑I_КП1 = I_КП2 => ↑I_ЭП1 = I_ЭП2 => ↑U_ЭП => ↓U_БЭП1, U_БЭП2 => ↓I_БП1, I_БП2 => ↓I_КП1, I_КП2 => ↓ I_ЭП1, I_ЭП2, т.е I_ЭП1 + I_ЭП2 = const, өйткені R_Э үлкен, сондықтан стабилизация жақсы. Егер че R_Э арқылы тұрақты ток өткенде, демек R_Э токтың қорек көзін R_ішкі = ∞ ауыстыруға болады.

∆U_Э – кері байланыс сигналы, сумманы стабилизациялайтын I_Э1 + I_Э2 = const

Дәріс тақырыбы