Дифференциальные усилители

Операторный метод не обладает физической наглядностью в силу своей глубокой математической формализации, но в ряде случаев упрощает расчеты. Его идея заключается в том, что расчет переходного процесса переносится из области функций действительной переменной (времени t) в область функций комплексного переменного р, в которой дифференциальные уравнения преобразуются в алгебраические. Такое преобразование называется прямым. Полученное решение алгебраических уравнений обратным преобразованием переносится в область действительного переменного. Строгое обоснование метода дается в курсе математики. Здесь познакомимся лишь с техникой применения операторного метода.

Для электрических цепей с линейными элементами, имеющими постоянные параметры г, L и С, эти уравнения представляют собой линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами.

Дифференциальные уравнения, как известно, можно решать различными методами.

Дифференциальные уравнения следует решать при заданных начальных условиях, которые необходимы для получения однозначного решения. Начальные условия позволяют получить значения постоянных интегрирования однородных уравнений с помощью двух законов коммутации.

Полученные дифференциальные уравнения исчерпывающе описывают поведение системы Л1уИ1 во времени при фиксированных начальных условиях. Ее решение можно получить на основе использования преобразования Карсона — Лапласа [8](.

Сказанное можно проиллюстрировать на материале предыдущих глав. Например, работу элемента, изображенного на 3.5, в, можно рассматривать с точки зрения процессов изменения электрических токов и напряжений в отдельных точках схемы. В этом случае формальным средством описания или языком описания являются дифференциальные уравнения для токов и напряжений в цепях схемы, в основе которых лежат законы физики полупроводников и законы электротехники. На таком уровне описания рассматриваются рабочие процессы электронных схем. Однако если такой подход применить к более сложному устройству, хотя бы, например, к комбинационному параллельному сумматору, то описание окажется весьма сложным и по нему трудно представить себе производимое схемой преобразование информации. Чтобы сделать это нагляднее, необходимо отвлечься от физических процессов, происходящих в схеме сумматора, и рассмотреть его работу на другом, более обобщенном уровне — на уровне комбинационных схем и использовать в качестве языка описания булевы функции. В этом случае в качестве входных и выходных переменных рассматриваются не электрические напряжения и токи в соответствующих точках схемы, а булевы переменные, принимающие всего два значения: 0 и 1.

Дифференциальные уравнения для токов и напряжений в цепях электрических схем Аппарат теории булевых функций

5.3.2. Уравнения электромагнитного переходного процесса синхронной машины. Дифференциальные уравнения равновесия

Интегрируя дифференциальные уравнения процесса замедления при начальных условиях / = 0, со = шо, получаем

При устремлении ДА- к нулю получаются дифференциальные уравнения

Интегро-дифференциальные уравнения, даже приближенно описывающие процессы при таких колебаниях, весьма громоздки и решение их сопряжено с большими трудностями. В данном параграфе произведено лишь качественное описание процессов.

электрическая связь между каскадами реализуется при помощи конденсаторов, в усилителях постоянного тока - при помощи резисторов или непосредственных связей. В последнем случае любые изменения постоянного напряжения на выходе одного каскада из-за нестабильности параметров транзистора при действии дестабилизирующих факторов, обычно температуры, влияют на режим работы других каскадов, что приводит к изменению напряжения на выходе многокаскадного усилителя даже при отсутствии усиливаемого сигнала. Это явление называется дрейфом нуля. Для того чтобы уменьшить дрейф нуля, применяют дифференциальные усилители постоянного тока.

Значения параметров дифференциальных усилителей на биполярных и полевых транзисторах того же порядка, что и у каскадов с ОЭ и ОС соответственно. Основные достоинства дифференциальных усилителей — помехоустойчивость к синфазным помехам и малый дрейф нуля — до 1 — 10 мкВ/°С, что в 20—100 раз меньше дрейфа нуля в небалансных усилителях постоянного тока. По этой причине дифференциальные усилители применяются, в частности, в качестве входных каскадов операционных усилителей постоянного тока.

пассивные элементы с точностью ±0,1%. Разброс коэффициентов усиления у транзисторов достигает 50%. Такие широкие допуски не позволяют создавать прецизионные ИС. Особенно остро стоит вопрос о реализации линейных ИС, в которых используются активные элементы с идентичными характеристиками в широком температурном диапазоне (дифференциальные усилители, электронные ключи для цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей). Получение необходимой точности линейных ИС осуществляется путем компенсации производственных погрешностей активных и пассивных элементов. Наиболее прогрессивным методом компенсации производственных погрешностей, электрических параметров компонентов линейных ИС является функциональная подгонка (ФП). Суть ФП заключается в изменении параметров тех пленочных пассивных элементов, которые в наибольшей степени влияют на выходные параметры готового изделия. К ее достоинствам следует отнести исключение операций комплектования навесных активных элементов, индивидуальной подгонки пленочных пассивных элементов, компенсацию нестабильностей элементов вследствие воздействия температуры при монтаже, снижение требования к допускам элементов, совмещение в одном процессе контроля и регулировки.

Более подробная классификация ИМС по признаку функционального назначения достигается делением РХ на классы — генераторы, усилители, триггеры, логические схемы, запоминающие устройства и т. д. Внутри класса микросхемы делятся на группы, например усилители синусоидальных сигналов, усилители постоянного тока, дифференциальные усилители, видеоусилители или, скажем, D-триггеры, /?5-триггеры, .//(-триггеры и т. д.

Дифференциальные усилители

Дифференциальные усилители . . 120

Дифференциальные усилители используются как основной элемент в операционных усилителях, компараторах, стабилизаторах или в виде отдельной типовой интегральной микросхемы (ИМС). При микроэлектронном исполнении приведенный дрейф нуля, вызванный, например, изменением температуры, равен примерно 1 мкВ/град. В то же время при работе только одной из половин усилителя дрейф нуля составил бы около 2 мВ/град, т. е. возрос бы на три порядка. Столь малый дрейф нуля в дифференциальном усилителе микроэлектронного исполнения достигается за счет технологических и схемотехнических мер. К. технологическим мерам относится выполнение в едином технологическом цикле всех элементов дифференциального усилителя, особенно транзисторов Т\, Т2 и резисторов /?кь RKZ- Поэтому их основные параметры и температурные свойства практически одинаковы, что обеспечивает максимальную симметрию в усилителе. Включение транзисторов Т3, Т\ с резисторами ,R33, КБ з. RK.* ( 3.5) является схемотехнической мерой, направленной на большую температурную стабилизацию. Транзистор Т3 работает в режиме почти не изменяющегося тока при изменениях температуры. Такой режим обеспечивается, во-первых, выбором рабочей точки на пологом участке выходной характеристики транзи-,.стора, что достигается включением резисторов 7?эз, RE з необходимого номинала, а во-вторых, наличием транзистора Г4 в диодном включении в базовой цепи транзистора Т3, что компенсирует температурные смещения его входной характеристики.

При питании усилителя от двух источников для анализа и расчета следует брать напряжение питания 2?к, поскольку по отношению к усилителю источники +Е% и — ?к включены последовательно. В настоящее время широко применяются дифференциальные усилители КП8УД1, К122УД1, К175УВ и ряд других.

§ 3.7. Дифференциальные усилители

§ 3.7. Дифференциальные усилители .............................. 120

Большую группу усилителей составляют дифференциальные усилители. Данный тип усилителей является базовым усилительным элементом аналоговых ИМС. Особый класс аналоговых ИМС представляют собой операционные усилители (ОУ), имеющие широкое применение в аналоговых и цифроаналоговых БИС.