Источник тока, управляемый напряжением (итун). Управляемый усилитель напряжением

9.2. Усилители, управляемые напряжением

ных входа: инвертирующий Вх(–) и неинвертирующий Вх(+). Это означает, что входной сигнал здесь можно подаватьотносительно общей точки либо на любой вход, либо на оба входа. В последнем случае усилитель воспринимает только разность входных сигна-

лов ∆Uвх=Uвх(+)– Uвх(–).

Рабочие точки транзисторов дифференциального каскада смещаются токовым зеркалом, выполненным на транзисторах 1 и2. Оно температурно стабилизировано диодом7. Поскольку в токо-

вом зеркале Iу =IэΣ, то суммарным током эмиттеров можно управлять подачей управляющего токаIу через внешний вывод микросхемы. Управляющий ток можно задавать либо регулируемым источником напряжения и последовательно с ним включенным высокоомным резистором или дополнительным внешним управляющим токовым зеркалом.

Таким образом, в данной схеме, изменяя Iу, можно менять токи коллекторов. В силу идентичности транзисторов каскада при

∆Uвх = 0 коллекторные токи покоя одинаковы, т.е.Iк03 = Iк04 = Iу/2. При∆Uвх ≠ 0 коллекторные токи начинают разниться тем больше, чем больше∆Uвх, а именноIк3 = Iк03 ± ∆I =Iу/2± ∆I, аIк4 =

= Iу/2– ∆I. Эта разность коллекторных токов, зависящая от∆Uвх и

+

Iу, преобразуется последующими токовыми зеркалами с коэффициентом передачи, приблизительно равным единице, в выходной токIвых, наблюдаемый относительно общей шины усилителя.

Зависимость коллекторных токов от ∆Uвх определяется известным соотношением

∆Uвх = (kT/q) ln(Iк4/Iк3).

При малых, порядка единиц милливольт, ∆Uвх коллекторные токи отличаются столь мало, что предыдущее соотношение можно представить первым членом его разложения в ряд Тейлора:

∆Uвх = (kT/q) ln(Iк4/Iк3)≈ (kT/q) [(Iк4 –Iк3)/Iк4].

Поскольку Iк3 =Iк4 =Iу/2, то

∆Uвх ≈ (2kT/q) [(Iк4 –Iк3)/Iу]

или

∆Uвх(Iуq/2kT) = gm∆Uвх= Iк4– Iк3= Iвых,

где gm =Iуq/2kT – крутизна характеристики усилителя – его проводимость или коэффициент передачи.

studfiles.net

Управляемый операционный усилитель | Техника и Программы

Управляемый операционный усилитель (иногда называемый программируемым усилителем) очень похож на обычный ОУ, хотя они не полностью взаимозаменяемы. Этот о ерационный усилитель имеет не только стандартные дифференциальные входы, но и дополнительный управляющий вход, на который подается ток смещения 1АВС. Схема усилителя на ИС, управляемого током 1АВС, приведена на рис. 6.7. Величина управляющего тока, подаваемого на вывод 5, устанавливается резистором Rs.

Управляющий вход расширяет возможности операционного усилителя. Например, если требуются низкое энергопотребление, малые входной ток и ток сдвига либо высокое входное сопротивление, то необходимо выбрать небольшое значение IABC. С другой стороны, если усилитель работает при средних значениях сопротивления нагрузки, то используются более высокие значения 1АВС–

Еще одно отличие управляемого операционного усилителя от стандартного ОУ заключается в очень высоком значении выходного сопротивления (для большинства обычных ОУ оно существенно ниже). Поэтому выходным сигналом управляемого операционного усилителя лучше считать ток, величина которого пропорциональна разности напряжений на его двух дифференциальных входах (инвертирующем и неинвертирующем).

Переходные характеристики управляемого операционного усилителя (или соотношения вход/выход) лучше определяются понятием транспроводимости (transconductance), или крутизны переходной вольт-амперной характеристики, чем усилением по напряжению. Крутизна ОУ, обозначаемая, как правило, gm или g12, представляет собой отношение изменения выходного тока (1ВЫХ) и входного напряжения (Евх). За исключением высокого значения выходного сопротивления и переходных характеристик, остальные параметры управляемого операционного усилителя не отличаются от параметров обычного ОУ.

На рис. 6.29 приведена типовая схема включения управляемого операционного усилителя, дополненная внешними элементами. Предположим, что требуется усиление в режиме с разомкнутой обратной связью, равное 100. Оно напрямую зависит от величин выходной нагрузки RL и крутизны ОУ. Однако действительное значение выходной нагрузки определяется параллельно включенными резисторами RL и Rp и равно примерно 18 кОм (RL X Rf) / (RL + Rf). Для коэффициента усиления в режиме с разомкнутой обратной связью, равного 100, и выходной нагрузки 18 кОм значение gm составит 100 / 18 000, или около 5,5 мСм (миллисименс).

Крутизна ОУ устанавливается током Гд^. Пользуясь приведенными на рис. 6.30 характеристиками, выберем значение 1двс (по кривой для минимальных значений), чтобы обеспечить необходимое усиление. Как следует из графика (рис. 6.30), если gm = 5,5 мСм, то 1АВС приблизительно равен 20 мкА.

Рис6.29

Типовая схема включения управляемого операционного усилителя (Harris Semiconductor. Linear & Telecom IS’s, 1994, p. 2-58)

Рисб.ЗО

Зависимость крутизны управпяемого операционного усилитепя оттока смещения (Harris Semiconductor. Linear & Telecom IS’s, 1994, p. 2-695)               

Примечание к рис. Температура окружающей среды – +25 °С, частота – 1 кГц, напряжения питания: V+ – 6 В, V- – -6 В uV+-+15B.V 15 В.

Источник: Ленк Д., 500 практических схем на популярных ИС: Пер. с англ. – М.: ДМК Пресс, – 44 с.: ил. (Серия «Учебник»).

nauchebe.net

Выходным напряжением усилителя.

Функциональная схема разомкнутой системы управления выходным напряжением усилителя.

Рассмотрим управляемый усилитель напряжения (рис. 1.1). Усилитель, включающий в себя предварительный усилитель, управляемый делитель и усилитель мощности, является объектом регулирования. Блок управления, канал связи и управляемый делитель относятся к регулятору. Управляемый делитель входит в объект регулирования и регулятор. Он осуществляет регулирующее воздействие на объект регулирования.

 

 

Рис. 1. 1. Функциональная схема разомкнутой системы управления

выходным напряжением усилителя

Напряжение Uвых в данной системе является регулируемой физической величиной. Входное напряжение Uвх являются внешними возмущающим воздействием или нагрузкой. Сигнал управления Y является настройкой.

Сигнал управления подаётся на блок управления, где преобразуется в удобную для передачи по каналу связи форму. Обычно используются электрические или оптические каналы связи. Поступающее на управляемый делитель регулирующее воздействие изменяет его коэффициент передачи и, следовательно, изменяет выходное напряжение Uвых усилителя при неизменном входном напряжении Uвх. Управление выходным напряжением усилителя в рассматриваемой системе производится без контроля регулируемого параметра.

Отсутствие контроля выходного напряжения в разомкнутой системе не гарантирует высокой точности управления, т. к. на регулируемую физическую величину влияет как настройка, так и нагрузка. Этот недостаток отсутствует в замкнутой автоматической системе.

 

Функциональная схема замкнутой системы управления

выходным напряжением усилителя.

Повысить точность управления можно за счёт установления постоянного контроля изменения регулируемой физической величины и оперативного введения регулирующего воздействия. С этой целью необходимо иметь устройство измерения выходного напряжения. В системе управления регулятор также должен содержать фильтр, датчик рассогласования и усилитель-преобразователь (рис. 1. 2)

 

 

Рис. 1. 2. Функциональная схема замкнутой системы управления

выходным напряжением усилителя

 

Воздействие на управляемый делитель, пропорциональное величине отклонения выходного напряжения, вводится с противоположным знаком. Построенная на этой основе автоматическая система является замкнутой.

Уровень выходного напряжения задается настройкой Y. Блок управления вырабатывает и передаёт по каналу связи опорный сигнал. Датчик рассогласования сравнивает опорный сигнал с измеренным. При наличие рассогласования между опорным и измеренным напряжениями датчиком рассогласования вырабатывается сигнал рассогласования с инверсией знака, который после усиления изменяет коэффициент передачи управляемого делителя. Изменяется выходное напряжение усилителя так, что рассогласование стремится к нулю. Величина выходного напряжения после завершения переходного процесса может отличаться от заданного. Разница между этими напряжениями будет определять погрешность регулирования. Однако эта погрешность будет значительно меньше, чем в разомкнутой системе.

В замкнутой системе на величину погрешности не оказывает существенного влияния изменение входного напряжения Uвх. Погрешность не будет иметь сильной зависимости и от коэффициента передачи усилителя-преобразователя. Существенное влияние на погрешность будет оказывать точность воспроизведения и передачи управляющего воздействия и точность измерения и преобразования выходного напряжения.

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Широкодиапазонные усилители с управляемым усилением

ШИРОКОДИАПАЗОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С УПРАВЛЯЕМЫМ УСИЛЕНИЕМ НА МИКРОСХЕМЕ LT1228

CD-ROM Linear Technology                                                                              Рис. 3.1

Принимая в расчет входной аттенюатор, позволяющий подавать на вход сигнал уровнем до 3 ВЭфф, коэффициент усиления двух каска­дов LT1228 составляет 2 дБ для тока 1$ЕТ, равного 1 мА, и 38 дБ для

10 мкА. Полоса пропускания первого каскада зависит от величину

ISET, но всегда превосходит 10 МГц. Второй каскад имеет полосу про­пускания 100 МГц и скорость нарастания сигнала 1000 В/мкс.

УПРАВЛЕНИЕ УСИЛЕНИЕМ НА МИКРОСХЕМЕ AD539

Последовательным включением двух усилителей с управлением уси­ления AD539 достигается диапазон управления (экспоненциаль­ный) в 55 дБ с полосой пропускания 8 МГц. Выходное напряжение (максимальный размах) составляет 1,5 В и рассчитывается по фор­муле U2 = Ux2Uin / (8U2), где значение напряжения Ux может быть между 0,01 и 3 В (рис. 3.2).

CD-ROM Analog Devices                                                                                    Рис. 3.2

 

CD-RO M Analog Devices                                                                                  Рис. 3.3

В данном примере (рис 3.3) операционный усилитель обеспечива­ет вычитание сигналов с выходов двух каналов AD539. Выходное на­пряжение рассчитывается по формуле U2 = Ux (UY1 – UY2) /(2 В), где

величина единичного усиления для Ux равна 2 В. Значение Ux меж­ду 0,01 и 3,3 В, усиление одного канала может быть изменено в ин­тервале от -45 до +4,3 дБ. При ослаблении на 35 и 45 дБ полоса про­пускания составляет соответственно 50 и 10 МГц.

УПРАВЛЕНИЕ УСИЛЕНИЕМ НА МИКРОСХЕМЕ AD600 ИЛИ AD602

CD-ROM Analog Devices                                                             Рис. 3,4

Диапазон изменения коэффициента усиления при напряжении ±625 мВ на входе управления усилением составляет 0-40 дБ для AD600 и 10-30 дБ для AD602. Параллельное соединение каналов уменьшает уровень шумов до 1 В/Гц, сопротивления резисторов на входе и выходе составляют 50 Ом. Максимальная нагрузка 10 дБм.

УПРАВЛЕНИЕ УСИЛЕНИЕМ НА МИКРОСХЕМЕ AD835

Полоса пропускания 50 МГц, диапазон изменения коэффициента уси­ления от -10 до +14 дБ, где 0 дБ соответствует напряжению 0,25 В, а +14 дБ – 1 В. Максимальное усиление определяется делителем, под­ключенным между выводами 5 и 4.

CD-ROM Analog Devices                                                                                    Рис. 3.5

 

УСИЛИТЕЛЬ 80 МГЦ С УПРАВЛЯЕМЫМ УСИЛЕНИЕМ

Documentation Analog Devices                                                                         Рис. 3.6

Схема содержит аналоговый перемножитель, за которым следует ши­рокодиапазонный усилитель. Диапазон изменения усиления 80 дБ, максимальный коэффициент усиления равен 4 при Rf = 511 Ом или 10 при Rf = 1,27 кОм, ширина диапазона частот 25 МГц.

 

ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ УСИЛЕНИЕМ ДО 71 ДБ

Documentation RF Micro Devices                                                                      Рис. 3.7

Два каскада усиления в микросхеме RF2601 допускают изменение усиления от 18 до 91 дБ, с шагом в 1 дБ. Значения номиналов дета­лей в данном примере соответствуют частоте сигнала, равной 70 МГц.

УПРАВЛЕНИЕ УСИЛЕНИЕМ С ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ УСИЛИТЕЛЕМ НА МИКРОСХЕМЕ AD604

Особенностью схемы, представленной на рис. 3.8, являются очень слабые шумы. Полоса пропускания составляет 40 МГц. Управле­ние усилением «линейное в децибелах». Оно изменяется от 0 до 48 дБ на канал, если используются предварительные усилители с усилением 14 дБ (выводы FBK и РАО соединены), или от б до 54 дБ с предварительным усилением 20 дБ (резистор между выводами FBK и РАО). В дифференциальном режиме, как показано выше, к приведенным значениям нужно добавить 6 дБ. При наличии на­грузки сопротивлением 30 Ом амплитуда выходного сигнала не превышает примерно 2,2 В. Таким образом, схема допускает очень слабое напряжение простого режима и предпочтительней исполь­зовать емкостные входы.

CD-ROM Analog Devices                                                               Рис. 3.8

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЕ УПРАВЛЕНИЕ УСИЛЕНИЕМ НА МИКРОСХЕМЕ CLC5523

Изменения амплитуды входного сигнала до 6 дБ могут быть скоррек­тированы за 100 не. В первой схеме операционные усилители U, и U2 образуют быстродействующий выпрямитель, в то время как усили­тель U3 используется в качестве интегратора. Максимальный коэф­фициент усиления (от 2 до 100) устанавливается резисторами Rf и Rg. Диапазон регулировки составляет 80 дБ (от 0 до 2 В на выводе 1). Во второй схеме постоянное напряжение управления усилением полу­чено путем приложения сигнала от U1 одновременно к входам усиле­ния и управления усилением U2.

CD-ROM National Semiconductor, 1997                                    Рис. 3.10

 

 

Рис. 3.9

 

ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ УСИЛЕНИЕМ ДО 28 ДБ

Harris Semiconductors, note d’application No. 9641, septembre 1996 Рис. 3.11

Цифро-аналоговый преобразователь (IC1) и усилитель (IC2) при­кладывают к транзистору Q3 модуля HFA3102. Смещение, при кото­рым становится возможным изменять усиление Q/Qj, – от -16,9 до +11,8 дБ. Полоса пропускания превышает 100 МГц. Усиление может быть изменено с ритмом, достигающим 3 МГц.

 

УСИЛИТЕЛЬ 30 МГЦ С УПРАВЛЯЕМЫМ УСИЛЕНИЕМ НА МИКРОСХЕМЕ НА2546

Documentation Harris Semiconductor, 1996                                     Рис. 3.12

Когда напряжение управления (вывод 13) изменяется от 0,9 до 0,03 В, коэффициент усиления по напряжению увеличивается от 20 до 1000. Скорость нарастания сигнала составляет 300 В/мкс. Напряжение питания цепей между выводами 7 и 11 равно ±15 В, сила потребляе­мого тока от источника питания 23 мА.

РЕГУЛИРУЕМЫЙ КАСКАДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Усилитель отличается «линейной в децибелах» регулировкой коэф­фициента усиления. Если линейность очень важна, необходимо со­блюдать точные значения сопротивлений резисторов. Включая со­противления между выводами 5 и 7 операционных усилителей, диапазон усиления можно изменять от -11 до +31 дБ с полосой

CD-ROM Analog Devices                                                                                  Рис. 3. 13

пропускания 90 МГц и от 9 до 51 дБ с полосой пропускания 9 МГц. Показанные на схеме сопротивления по 2,5 кОм ведут к максималь­ному усилению (84 дБ) и полосе пропускания 40 МГц для двух кас­кадов. На частоте 10 МГц амплитуда выходного сигнала составляет 1,4 Вэфф для амплитуд входного сигнала от -67 до +15 дБм. Изме­нение напряжения АРУ (вывод 1) на 1 В приводит к изменению уси­ления на 40 дБ. Емкость конденсатора Сс определяет постоянную Времени регулировки. Входное сопротивление усилителя 100 Ом. Выпрямление осуществляется транзистором Т2, в то время как тран­зистор Tt образует источник постоянного тока (300 мА).

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ШИРОКОДИАПАЗОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА МИКРОСХЕМАХ MCI496 И N1592

Микросхема NE592 функционирует с номинальным усилением 400. Один из ее выходов (вывод 7) соединен с выпрямительной цепью.

Note d’application AN 141, Philips Semiconductor                                Рис. 3.14

Постоянное напряжение, полученное таким образом, поступает на перемножитель МС1496. Чем выше это напряжение, тем больше ста­бильность (усиление 0).

РЕГУЛИРОВКА УСИЛЕНИЯ С МИКРОСХЕМАМИ EL4452 И CLC520

Полоса пропускания устройства составляет 50 МГц с минимальным усилением (10), задающимся резисторами RG и Rr Скорость и ход регулировки зависят от емкостей конденсаторов Ct, С2 и Сг Опорное напряжение компенсирует постоянную составляющую на выводе 14 и определяет выходную амплитуду сигнала. Аттенюация до 70 дБ возможна на частоте 5 МГц (рис. 3.15).

Documentation Elahtec                                                                                  Рис, 3, I5

Напряжение на выводе 2 (от 0 до 2 В) управляет усилением в диапазоне 40 дБ. Максимальное усиление, ограниченное на уровне 40 дБ, определяется сопротивлением резистора между выводами 4 и 5. Для коэффициента усиления 10 полоса пропускания 160 МГц. Мик­росхема CLC420 функционирует как интегратор (рис. 3.16).

 

РЕГУЛИРОВКА УСИЛЕНИЯ НА МИКРОСХЕМЕ AD600

CD-ROM Anolog Devices                                                                             Рис. 3. I7

Устройство перекрывает 80 дБ (-6„.+74 дБ, учитывая 100 Ом между выводами 7 и 14), полоса пропускания 8 кГц на частоте 32 МГц. Од- нополупериодное выпрямление выполняется транзистором. Сопро­тивление с допуском ±1% в цепи эмиттера необходимо для компен­сации температурного влияния.

nauchebe.net

Управляемый усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого (Ку) зависит от уровня сигнала управления (Uy). Такие устройства применяются в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения, системах автоматической регулировки усиления, аналоговых перемножителях сигналов, смесителях активных фильтрах и т.п. Технический результат: упрощение канала управления усилением (УУ), повышение температурной стабильности и улучшение частотной характеристики. Управляемый усилитель содержит входной преобразователь «напряжение ux-ток» (ПНТ) (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, связанными с соответствующими эмиттерами первого (4) и второго (5) логарифмирующих транзисторов (Т), базы которых объединены, первый (6) токостабилизирующий двухполюсник (ТД), включенный между первым (7) источником питания (ИП) и объединенными базами первого (4) и второго (5) Т, первый (8) и второй (9) выходные Т, эмиттеры которых объединены и связаны с первым выводом первого источника опорного тока (ИОТ) (10), а базы подключены к соответствующим первому (2) и второму (3) токовым выходам, входного ПНТ (1), цепь нагрузки (11), включенную между первым (7) ИП и коллекторами первого (8) и второго (9) Т, связанными с первым (12) и вторым (13) выходами устройства, первый (14) вход канала УУ, второй (15) ИП, связанный со вторым выводом первого ИОТ (10) и входным ПНТ (1). Между первым входом (14) канала УУ и первым выводом первого ИОТ (10) введен первый дополнительный резистор (16), а между общей шиной первого (7) и второго (15) ИП и объединенными базами первого (4) и второго (5) логарифмирующих Т введена температурно-зависимая цепь смещения (17), содержащая два p-n перехода. 2 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого (Ку) зависит от уровня сигнала управления (Uy). Такие устройства применяются в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения, системах автоматической регулировки усиления, аналоговых перемножителях сигналов, смесителях, активных фильтрах и т.п.

В радиоэлектронной аппаратуре находят широкое применение управляемые усилители (УУ) на базе ячеек Джильберта [1-18].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству относится управляемый усилитель, описанный в патенте США №5.521.544, fig.6. Эта же схема присутствует в других патентах и патентных заявках [2-18]. Он содержит (фиг.1) входной преобразователь «напряжение ux - ток» 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, связанными с соответствующими эмиттерами первого 4 и второго 5 логарифмирующих транзисторов, базы которых объединены, первый 6 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между первым 7 источником питания и объединенными базами первого 4 и второго 5 логарифмирующих транзисторов, первый 8 и второй 9 выходные транзисторы, эмиттеры которых объединены и связаны с первым выводом первого источника опорного тока 10, а базы подключены к соответствующим первому 2 и второму 3 токовым выходам входного преобразователя «напряжение ux - ток» 1, цепь нагрузки 11, включенную между первым 7 источником питания и коллекторами первого 8 и второго 9 выходных транзисторов, связанными с первым 12 и вторым 13 выходами устройства, первый 14 вход канала управления усилением, второй 15 источник питания, связанный со вторым выводом первого источника опорного тока 10 и входным преобразователем «напряжение ux - ток» 1.

Существенный недостаток известного управляемого усилителя состоит в том, что его канал управления усилением (вход «Y») характеризуется высокой инерционностью и температурной нестабильностью, что отрицательно сказывается на точностных параметрах устройства, его частотных характеристиках и стабильности нуля канала «Y», например, при использовании УУ в качестве перемножителей напряжения uх и uy.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в создании условий, при которых существенно упрощается канал управления усилением УУ, повышается его температурная стабильность и улучшаются частотные характеристики.

Поставленная задача достигается тем, что в управляемом усилителе фиг.1, содержащем входной преобразователь «напряжение uх - ток» 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, связанными с соответствующими эмиттерами первого 4 и второго 5 логарифмирующих транзисторов, базы которых объединены, первый 6 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между первым 7 источником питания и объединенными базами первого 4 и второго 5 логарифмирующих транзисторов, первый 8 и второй 9 выходные транзисторы, эмиттеры которых объединены и связаны с первым выводом первого источника опорного тока 10, а базы подключены к соответствующим первому 2 и второму 3 токовым выходам входного преобразователя «напряжение ux - ток» 1, цепь нагрузки 11, включенную между первым 7 источником питания и коллекторами первого 8 и второго 9 выходных транзисторов, связанными с первым 12 и вторым 13 выходами устройства, первый 14 вход канала, управления усилением, второй 15 источник питания, связанный со вторым выводом первого источника опорного тока 10 и входным преобразователем «напряжение ux - ток» 1, предусмотрены новые элементы и связи - между первым входом 14 канала управления усилением и первым выводом первого источника опорного тока 10 введен первый дополнительный резистор 16, а между общей шиной первого 7 и второго 15 источников питания и объединенными базами первого 4 и второго 5 логарифмирующих транзисторов введена температурно-зависимая цепь смещения 17, содержащая два p-n перехода.

На фиг.1 показана схема управляемого усилителя-прототипа, а на фиг.2 приведена схема УУ в соответствии с п.1 формулы изобретения.

На фиг.3 показана схема УУ по п.2 формулы изобретения.

На фиг.4 приведена схема УУ в соответствии с п.3 формулы изобретения, в котором конкретизируется подключение коллекторов первого 4 и второго 5 логарифмирующих транзисторов и фиг.5 и фиг.6 приведены примеры практического включения заявляемого УУ фиг.2.

На фиг.7 представлена схема фиг.3 в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов.

На фиг.8 показана зависимость коэффициента усиления по напряжению УУ фиг.7 от напряжения управления Uу=Uvar=-1,3÷+1,3 B, которое подается на вход 14 УУ (фиг.3).

На фиг.9 показаны амплитудно-частотные характеристики УУ фиг.7 при разных значениях напряжения управления Uy=Uvar=-1.3÷+1,3 B.

На фиг.10 представлена зависимость выходного напряжения УУ фиг.7 от входного статического напряжения Ux=-300÷+300 мВ при разных уровнях сигнала управления Uy=Uvar-=-1,3÷+1,3 В.

На фиг.11 представлена схема перемножителя сигналов фиг.6 на базе заявляемого УУ в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов, а на фиг.12 - зависимость модуля ее коэффициента усиления от управляющего напряжения Uy=Uvar=-1,3÷+1,3 В.

На фиг.13 приведены графики зависимости выходного напряжения УУ фиг.11 от входного напряжения Ux=-50÷+50 мВ при разных уровнях управляющего сигнала Uy=-1,1÷+1,1 В.

Управляемый усилитель фиг.2 содержит входной преобразователь «напряжение ux-ток» 1 с первым 2 и вторым 3 токовыми выходами, связанными с соответствующими эмиттерами первого 4 и второго 5 логарифмирующих транзисторов, базы которых объединены, первый 6 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между первым 7 источником питания и объединенными базами первого 4 и второго 5 логарифмирующих транзисторов, первый 8 и второй 9 выходные транзисторы, эмиттеры которых объединены и связаны с первым выводом первого источника опорного тока 10, а базы подключены к соответствующим первому 2 и второму 3 токовым выходам входного преобразователя «напряжение ux - ток» 1, цепь нагрузки 11, включенную между первым 7 источником питания и коллекторами первого 8 и второго 9 выходных транзисторов, связанными с первым 12 и вторым 13 выходами устройства, первый 14 вход канала управления усилением, второй 15 источник питания, связанный со вторым выводом первого источника опорного тока 10 и входным преобразователем «напряжение ux - ток» 1. Между первым входом 14 канала управления усилением и первым выводом первого источника опорного тока 10 введен первый дополнительный резистор 16, а между общей шиной первого 7 и второго 15 источников питания и объединенными базами первого 4 и второго 5 логарифмирующих транзисторов введена температурно-зависимая цепь смещения 17, содержащая два p-n перехода.

В схеме фиг.3, в соответствии с п.2 формулы изобретения, коллекторы первого 4 и второго 5 логарифмирующих транзисторов связаны с первым 7 источником питания.

В схеме фиг.4, в соответствии с п.3 формулы изобретения, коллекторы первого 4 и второго 5 логарифмирующих транзисторов связаны с первым 7 источником питания через вспомогательный двухполюсник 19. Кроме этого данная схема содержит повторитель напряжения 18, что позволяет использовать в качестве сигнала управления uy цепи с высоким внутренним сопротивлением. В схему фиг.5 введен дополнительный p-n переход 20, а повторитель напряжения 18 содержит входной транзистор 21.

В схеме фиг.6 введен третий 23 и четвертый 24 выходные транзисторы, эмиттеры которых объединены и связаны с первым выводом второго 25 источника опорного тока, коллектор третьего 23 выходного транзистора соединен с коллектором первого 8 выходного транзистора, коллектор четвертого 24 выходного транзистора соединен с коллектором второго 9 выходного транзистора, а второй 26 вход канала управления усилением соединен с первым выводом второго 25 источника опорного тока через второй 27 дополнительный резистор, причем второй вывод второго 25 источника опорного тока соединен со вторым 15 источником питания. Устройство фиг.6 может использоваться не только как управляемый усилитель, но и в качестве перемножителя напряжений ux и uy.

Рассмотрим работу схемы фиг.3.

В статическом режиме напряжение U10 на первом 10 источнике опорного тока равно нулю

где U10=2Uэб - напряжение на температурно-зависимой цепи смещения 17, содержащей два p-n перехода;

Uэб.i - напряжение между эмиттером и базой i-го транзистора при токе эмиттера Iэi.

Причем, как известно,

где Uxx - напряжение между эмиттером и базой i-го транзистора при токе эмиттера Iэi=Iхх.

Подставляя (2) в (1), находим, что при идентичных транзисторах

Или после преобразований

Если обеспечить равенства I6=0,5I10, I3=I2=I6, то статическое напряжение на первом источнике тока 10 будет с высокой точностью в широком температурном диапазоне равно нулю: U10≈0. Поэтому подключение первого дополнительного резистора 16 между двумя эквипотенциальными узлами (при uу=0) не приведет к изменению статического режима схемы, так как ток через резистор 16 iy=0.

При подаче на вход напряжения ux выходные токи I2 и I3 входного преобразователя «напряжение-ток» 1 изменяются противофазно

где I0 - статический ток I2=I3 при uвх=0;

S - крутизна преобразования uвх в ток i2.

Поэтому напряжение между токовыми выходами 2 и 3

или для приращений с учетом (5) и (6)

Напряжение u23 поступает на вход дифференциального каскада на транзисторах 8 и 9 и преобразуется им в выходное напряжение устройства

где - коэффициент усиления по напряжению каскада на транзисторах 8 и 9;

IэΣ - сумма эмиттерных токов транзисторов 8 и 9.

Из (10) следует, что коэффициент усиления УУ фиг.3 (Кп) изменяется в зависимости от величины тока через iy и входного напряжения (uy) канала управления «Y»

При положительных uу коэффициент Кп уменьшается, при отрицательных - увеличивается, что объясняет вид характеристики управления фиг.8.

Следует заметить, что в большинстве случаев повторитель напряжения 18 может отсутствовать (фиг.2), что позволяет получить максимальное быстродействие канала управления, который содержит только один элемент - дополнительный резистор 16. Пример построения повторителя напряжения 18 дан на фиг.5.

Кроме этого следует подчеркнуть, что управляющее напряжение uу канала «Y» в схеме фиг.2 подается на вход Вх.у (14) относительно общей шины и изменяется симметрично от нуля до и В усилителе-прототипе управляющее напряжение uу должно иметь постоянную составляющую, что создает проблемы со стабильностью статического режима и стабильностью нуля характеристики управления. В заявляемом устройстве созданы специальные условия, при которых % может изменяться относительно общей шины, а температурные приращения напряжений эмиттер-база транзисторов 8(9) и 4(5) компенсируются с высокой точностью температурными изменениями напряжения на двухполюснике 17, состоящем из двух р-n переходов с такими же температурными эффектами.

Для получения предельных значений по температурной стабильности напряжения смещения нуля характеристики управления в схеме фиг.4 предусмотрен вспомогательный двухполюсник 19, который «выравнивает» напряжения коллектор-база транзисторов 4(15) и 8(9), образующих контур температурной компенсации. Если с помощью этого двухполюсника 19 обеспечить равенство Uкб.4=Uкб.5=Uкб.9=Uкб.8, то разбаланс напряжений эмиттер-база транзисторов 4 и 5, 8 и 9 из-за эффекта Эрли будет нулевым. В конечном итоге это повышает температурную стабильность нуля характеристики управления, что весьма существенно при построении на основе схемы фиг.2 перемножителей напряжения (фиг.6).

Особенность схемы фиг.5 - практическая реализация повторителя напряжения 18 на входном транзисторе 21 и дополнительном источнике тока 22. Однако для компенсации температурных изменений режимов транзисторов в схему вводится дополнительный р-н переход 20.

Представленная на фиг.6 и фиг.11 схема является не только усилителем с управляемым усилением (фиг.12), но и может выполнять функции перемножителя аналоговых сигналов uх и uу с высокой стабильностью нуля характеристик управления (фиг.13).

В качестве входного преобразователя «напряжение-ток» 1 могут использоваться различные известные дифференциальные каскады, в том числе и схема, показанная на фиг.1.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом и может использоваться в различных аналоговых устройствах, требующих прецизионного управления коэффициентом передачи (схемы автоматической регулировки усиления, перемножители напряжения, смесители сигналов и т.п.).

1. Патент США №5.521.544, fig.6.

2. Патент США №6.111.463, fig.1.

3. Патент США №4.572.975, fig.1.

4. Патент США №5.550.512, fig.3.

5. Патент США №5.115.409, fig.1.

6. Патент США №4.439.696, fig.2.

7. Патент США №5.883.539, fig.2.

8. Патент США №4.288.707.

9. Патент США №5.774.020, fig.1.

10. Патент США №5.677.646.

11. Патент США №5.039.952, fig.5.

12. Патент США №5.734.294, fig.4.

13. Патент США №5.886.916, fig. 1.

14. Патент США №6.369.618, fig.2.

15. Патентная заявка США №2002/0053935, fig.4.

16. Патентная заявка США №2004/0251965, fig.5.

17. Патентная заявка США №2004/0032298, fig.1.

18. Патент WO 2002/071597.

1. Управляемый усилитель, содержащий входной преобразователь «напряжение ux - ток» (1) с первым (2) и вторым (3) токовыми выходами, связанными с соответствующими эмиттерами первого (4) и второго (5) логарифмирующих транзисторов, базы которых объединены, первый (6) токостабилизирующий двухполюсник, включенный между первым (7) источником питания и объединенными базами первого (4) и второго (5) логарифмирующих транзисторов, первый (8) и второй (9) выходные транзисторы, эмиттеры которых объединены и связаны с первым выводом первого источника опорного тока (10), а базы подключены к соответствующим первому (2) и второму (3) токовым выходам, входного преобразователя «напряжение ux - ток» (1), цепь нагрузки (11), включенную между первым (7) источником питания и коллекторами первого (8) и второго (9) выходных транзисторов, связанными с первым (12) и вторым (13) выходами устройства, первый (14) вход канала управления усилением, второй (15) источник питания, связанный со вторым выводом первого источника опорного тока (10) и входным преобразователем «напряжение ux - ток» (1), отличающийся тем, что между первым входом (34) канала управления усилением и первым выводом первого источника опорного тока (10) введен первый дополнительный резистор (16), а между общей шиной первого (7) и второго (15) источников питания и объединенными базами первого (4) и второго (5) логарифмирующих транзисторов введена температурно- зависимая цепь смещения (17), содержащая два p-n перехода.

2. Управляемый усилитель по п.1, отличающийся тем, что коллекторы первого (4) и второго (5) логарифмирующих транзисторов связаны с первым (7) источником питания.

3. Управляемый усилитель по п.3, отличающийся тем, что коллекторы первого (4) и второго (5) логарифмирующих транзисторов связаны с первым (7) источником питания через вспомогательный двухполюсник (19).

www.findpatent.ru

Источник тока, управляемый напряжением (итун)

Ток на выходе этого четырехполюсника (рис. 5.16) пропорционален напряжению на входе, а входной ток равен нулю: (5.27)
	Рис. 5.16

Коэффициент управления ИТУН имеет физический смысл комплексной передаточной проводимости и выражается в сименсах. ИТУН обладает только матрицами- и- параметров:

(5.28)

Его входное и выходное сопротивления бесконечно велики и не зависят от сопротивления нагрузки (режим холостого хода на зажимах из рассмотрения исключается).

Источник тока, управляемый током (итут)

Ток на выходе этого четырехполюсника (рис. 5.17) пропорционален входному току, а напряжение на входе равно нулю: (5.29)
	Рис. 5.17

ИТУТ обладает только матрицами и- параметров:

(5.30)

Его входное сопротивление равно нулю, а выходное – бесконечно велико. Коэффициент управления ИТУТ имеет физический смысл комплексного коэффициента передачи по току и является безразмерной величиной.

Анализируя выражения (5.23; 5.25; 5.27; 5.29) можно сделать вывод о том, что все линейно управляемые источники являются активными невзаимными четырехполюсниками, обладающими бесконечно большим усилением по мощности.

Интересно отметить, что при матрицы- параметров всех линейно управляемых источников принимают один и тот же видт.е. все рассмотренные источники вырождаются в некий источник, ток и напряжение на входе которого одновременно равны нулю при любых конечных значениях напряжения и тока на выходе.

Идеальные усилители напряжения и тока

Идеальным усилителем напряжения называется активный невзаимный четырехполюсник, напряжение на выходе которого в любой момент времени прямо пропорционально напряжению на входе, а входной ток равен нулю:

. (5.31)

Коэффициент пропорциональности между входным и выходным напряжениями представляет собой вещественное число, называемое коэффициентом усиления по напряжению.

При напряжения на входе и выходе имеют разные знаки (при гармоническом внешнем воздействии напряженияинаходятся в противофазе). Усилитель напряжения такого типа называется инвертирующим.

При напряжения на входе и выходе усилителя имеют одинаковые знаки (совпадают по фазе). Такой усилитель называется неинвертирующим.

При напряжение на выходе усилителя равно напряжению на его входе. Усилитель такого типа называется идеальным повторителем напряжения.

Схема замещения идеального усилителя напряжения может быть представлена в виде ИНУН с вещественным коэффициентом управления . Очевидно, что входное сопротивление идеального усилителя напряжения бесконечно велико, а выходное сопротивление равно нулю.

Идеальным усилителем тока называется активный невзаимный четырехполюсник, ток на выходе которого в любой момент времени пропорционален входному току, а напряжение на входе равно нулю:

. (5.32)

Коэффициент пропорциональности между входным и выходным токами представляет собой вещественное число и называется коэффициентом усиления по току. Схема замещения идеального усилителя тока содержит ИТУТ с вещественным коэффициентом управления. Входное сопротивление идеального усилителя тока равно нулю, а выходное – бесконечно велико.

Из анализа основных уравнений (5.31) и (5.32) следует, что коэффициент усиления по току идеального усилителя напряжения и коэффициент усиления по напряжению идеального усилителя тока бесконечно велики и, следовательно, коэффициенты усиления по мощности обоих усилителе равны бесконечности.

Наиболее широкое применение в теории цепей нашли идеальные усилители напряжения, условное графическое изображение которых приведено на рис. 5.18.
	Рис. 5.18

Бесконечно большое входное и нулевое выходное сопротивления идеального усилителя напряжения позволяют применять его для усиления в заданное число раз напряжения и одновременного «развязывания», т.е. электрического разделения источника энергии и нагрузки.

Идеальные операционные усилители

Идеальными операционным усилителем (ОУ) называется идеальный усилитель напряжения с бесконечно большим коэффициентом усиления. Идеальный ОУ представляет собой упрощенную модель широкого класса реальных устройств – операционных усилителей, выпускаемых в виде интегральных полупроводниковых микросхем. Первоначально усилители такого типа использовались в аналоговой вычислительной технике для моделирования различных математических операций (умножения, сложения, интегрирования и т.п.), чем и объясняется происхождение термина «операционный усилитель».

Наибольшее распространение получили ОУ с двумя входными зажимами (ОУ с дифференциальным входом), напряжение на выходе которых пропорционально разности напряжений на входных зажимах:

. (5.33)

Схема замещения идеального ОУ с дифференциальным входом и его условное графическое обозначение приведены на рис. 5.19а,б. Условное графическое изображение реального ОУ в соответствии с ГОСТ 2.759 – 82 приведено на рис. 5.19в.

Как следует из выражений (5.33) и рис. 5.19а, при закорачивании зажимов ОУ ведет себя как инвертирующий, а при закорачивании зажимовкак неинвертирующий усилитель напряжения с бесконечно большим коэффициентом усиления. Зажимыназываются инвертирующими, а зажимы- неинвертирующими входами. На условном графическом изображении идеального ОУ (рис. 5.19б) инвертирующий вход обозначен знаком «-», а неинвертирующий – «+». Следует помнить, что знаки «-» и «+» позволяют в данном случае только условно обозначить инвертирующий и неинвертирующий входы и не указывают на полярность подаваемых на них напряжений. Инвертирующий вход реального ОУ (рис. 5.19в) обозначается кружком.

Анализ цепей с ОУ можно выполнять двумя способами, равноценными в смысле получаемых результатов:

1) заменяя ОУ схемой замещения (рис. 5.19а) и составляя уравнения электрического равновесия полученной идеализированной цепи при . После решения этих уравнений относительно интересующих токов и напряжений находятся пределы, к которым стремятся значения соответствующих величин при;

2) не прибегая к схеме замещения ОУ, но учитывая, что при конечном выходном напряжении и бесконечно большом коэффициенте усиленияразностьдолжна стремиться к нулю, т.е. зажимы1 и 2 должны иметь одинаковый потенциал. Это допущение, а также учет того, что входные токи ОУ равны нулю, позволяет существенно упростить анализ цепей с ОУ.

Идеальные преобразователи сопротивления

Преобразователями сопротивления называются четырехполюсники, входное сопротивление которых пропорционально сопротивлению или проводимости нагрузки. Различают два основных типа преобразователей сопротивления: конверторы и инверторы.

Идеальный конвертор сопротивления – это четырехполюсник, комплексное входное сопротивление которого пропорционально комплексному сопротивлению нагрузки:

, (5.34)

где - вещественное число, называемое коэффициентом конверсии. Приконвертор осуществляет преобразование сопротивления без изменения его знака. Конверторы такого типа называются конверторами положительного сопротивления или масштабными преобразователями сопротивления. К конверторам положительного сопротивления относится, в частности, идеальный трансформатор, коэффициент конверсии которого:, где- коэффициент трансформации трансформатора.

При конвертор осуществляет преобразование сопротивления с изменением его знака. Конверторы такого типа получили название конверторов отрицательного сопротивления.

Сравнивая выражение (5.34) с соотношением (5.21) для входного сопротивления произвольного четырехполюсника нагруженного со стороны зажимов (рис. 5.12), определяем зависимость между- параметрами идеального конвертора сопротивления:

. (5.35)

Очевидно, что у конверторов положительного сопротивления параметры иимеют одинаковые знаки, а у конверторов отрицательного сопротивления – противоположные.

Используя соотношение (5.35), находим определитель матрицы - параметров идеального конвертора сопротивлений:

. (5.36)

Следовательно, идеальный конвертор сопротивления является взаимным четырехполюсником при и невзаимным при.

Подключая нагрузку к зажимами учитывая выражения (5.22) и (5.35), определяем выходное сопротивление конвертора:

. (5.37)

Как следует из выражения (5.37), характер преобразования сопротивления не изменится, если входные и выходные зажимы идеального конвертора сопротивления поменять местами, при этом коэффициент конверсии заменится обратной ему величиной .

Если у конвертора сопротивления и, следовательно,, то такой конвертор называется идеальным конвертором с преобразованием тока. Напряжение на выходе такого конвертора равно напряжению на входе, а токи отличаются в раз: .

Если у конвертора сопротивления и, следовательно,, то такой конвертор называют идеальным конвертором с преобразованием напряжения. Напряжения на входе и выходе такого конвертора отличаются враз, а токи имеют одинаковые значения:.

Идеальным инвертором сопротивления называется четырехполюсник, комплексное входное сопротивление которого пропорционально комплексной проводимости нагрузки:

, (5.38)

где - вещественное число, называемое коэффициентом инверсии.

Сравнивая выражения (5.21) и (5.38), находим соотношения между - параметрами идеального инвертора сопротивления:

. (5.39)

Нетрудно убедиться, что входное сопротивление инвертора не изменится, если его входные и выходные зажимы поменять местами:

.

Определитель матрицы - параметров идеального инвертора сопротивления

. (5.40)

Следовательно, идеальный инвертор сопротивления является взаимным четырехполюсником только в случае . Приидеальный инвертор сопротивления является невзаимным четырехполюсником.

В зависимости от знака коэффициента инверсии различают инверторы положительного () и отрицательного () сопротивления. Частным случаем инвертора положительного сопротивления является идеальный гиратор, образованный двумя идеальными ИТУН (рис. 5.20).
	Рис. 5.20

Единственным в данном случае параметром такого ИТУН служит крутизна - вещественное число, называемое еще коэффициентом гирации или гираторной проводимостью. ИТУН2 отличается от ИТУН1 тем, что инвертирует, т.е. изменяет на противоположный знак выходного колебания.

ИТУН1 создает на зажимах ток , в то время как ток на зажимах, создаваемый ИТУН2, определяется выходным напряжением: . Таким образом,- матрица гиратора имеет вид. Поскольку, то гиратор невзаимен. Пусть к зажимам гиратора подключена нагрузка , т.е.. Это означает, что; при этом на входе возникает ток с комплексной амплитудой. Тогда входное сопротивление гиратора

. (5.41)

Примечательно, что если нагрузка носит емкостный характер , то входное сопротивление гиратора имеет индуктивный характер, где- эквивалентная индуктивность.

Гираторы обычно реализуются на базе интегральных схем операционных усилителей и используются для имитации индуктивных элементов в микроэлектронных цепях. При этом удается реализовать весьма большие номиналы индуктивностей. Так, при иимеем. Соответствующая катушка имела бы неприемлемо большие массу и габариты.

Если оба ИТУН одинаковы (рис. 5.21), то гиратор превращается в конвертор сопротивления, так как его входное сопротивление (5.42) Подключив к конвертору резистивную нагрузку , получаем элемент с отрицательным входным
	Рис. 5.21

сопротивлением, который может использоваться, например, в автоколебательных устройствах.

studfiles.net

усилитель, управляемый напряжением - это... Что такое усилитель, управляемый напряжением?

 усилитель, управляемый напряжением

Универсальный англо-русский словарь. Академик.ру. 2011.

• усилитель радиочастоты
• усилитель-распределитель импульсов

Смотреть что такое "усилитель, управляемый напряжением" в других словарях:

• усилитель, управляемый напряжением — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN voltage controlled amplifierVCA …   Справочник технического переводчика

• Генератор, управляемый напряжением — Микроволновый (12 18 ГГц) ГУН Генератор, управляемый напряжением (ГУН)  электронный генератор для управления частотой колебаний при помощи напряжения …   Википедия

• Список наиболее употребительных аббревиатур, встречающихся в научно-технической литературе по электронике — …   Википедия

• Электропоезд ЭР11 — ЭР11 Основные данные Завод Рижский вагоностроительный завод Составов построено 1 …   Википедия

• ЭР11 — Электропоезд ЭР11 Файл:Электропоезд ЭР11 1.jpg Основные данные Год постройки Нет данных Производитель …   Википедия

• Генератор сигналов — Генератор сигналов  это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.).… …   Википедия

• Передатчик «Дождь-2» — Содержание 1 Описание 2 Основные технические характеристики: 3 Принцип работы …   Википедия

• Полевой транзистор — Полевой транзистор (англ. field effect transistor, FET) полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом. Протекание в полевом транзисторе… …   Википедия

• Униполярный транзистор — Полевой транзистор полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом. Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда… …   Википедия

• ГОСТ Р МЭК 60065-2002: Аудио-, видео- и аналогичная электронная аппаратура. Требования безопасности — Терминология ГОСТ Р МЭК 60065 2002: Аудио , видео и аналогичная электронная аппаратура. Требования безопасности оригинал документа: 2.6 Защита от поражения электрическим током, изоля ция 2.6.1 КЛАСС I Конструкция аппарата, в которой защита от… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Транзистор — Дискретные транзисторы в различном конструктивном оформлении …   Википедия

universal_en_ru.academic.ru

---

• 
  Какой газ используют растения для питания
• 
  Аппарат сварочный на воде
• 
  Мощность пусковая
• 
  В россии основная часть электроэнергии производится на
• 
  Винтовой компрессор что такое
• 
  Воздействие человека на электрический ток
• 
  Фасадное освещение светодиодное
• 
  Методы измерения электрического сопротивления
• 
  Вн выключатель нагрузки
• 
  Какие есть материки
• 
  Стабилизатор как работает