Диференцијалне транзисторске појачаваче

Математика 2 - Диференцијалне ЈУЛ2011 (2) (Може 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Диференцијалне транзисторске појачаваче

Дискретни полупроводнички уређаји и склопови


Питање 1

Немој само седети тамо! Изградите нешто!

Учење математички анализирајућих кола захтева много студија и праксе. Уобичајено, ученици практикују тако што раде кроз многе проблеме узорка и провјеравају своје одговоре против оних које предвиђа уџбеник или инструктор. Иако је ово добро, постоји много бољи начин.

Више ћете научити стварајући градњу и анализу стварних кола, дозвољавајући вашој опреми за тестирање да пружи "одговоре" уместо књиге или друге особе. За вежбе вежбања кола, следите ове кораке:

  1. Пажљиво мерите и забележите све компоненте пре изградње кола, бирате вредности отпорника довољно високе да оштетите било коју активну компоненту мало вероватну.
  2. Прикријемо шематски дијаграм за коло које треба анализирати.
  3. Пажљиво изградите овај круг на плочи или другом пригодном медију.
  4. Проверите тачност конструкције кола, пратите сваку жицу на сваку везну тачку и проверите ове елементе један по један на дијаграму.
  5. Математички анализирај круг, решавање за све напонске и тренутне вредности.
  6. Пажљиво измерите све напоне и струје како бисте потврдили тачност ваше анализе.
  7. Ако постоје било какве значајне грешке (веће од неколико процената), пажљиво провјерите конструкцију кола на дијаграму, а затим пажљиво поновно израчунајте вриједности и поновно измјерите.

Када ученици прво сазнају о полупроводничким уређајима и највероватније ће их оштетити неправилним везама у својим колима, препоручујем да експериментишу са великим компонентама високог ватирања (1Н4001 исправљајуће диоде, ТО-220 или ТО-3 транзисторе за случај снаге, итд.) и коришћењем извора напајања из сувих ћелија, а не помоћног напајања. Ово смањује вјероватноћу оштећења компоненте.

Као и обично, избјегавајте врло високе и врло ниске отпорне вриједности, како бисте избјегли грешке у мерењу узроковане "учитавањем" метра (на високом крају) и избјегавање сагоревања транзистора (на доњем крају). Препоручујем отпорнике између 1 кΩ и 100 кΩ.

Један од начина на који можете уштедјети време и смањити могућност грешке је започињање врло једноставног круга и постепено додавање компоненти како би се повећала његова сложеност након сваке анализе, умјесто изградње потпуно новог кола за сваки проблем у пракси. Друга техника за уштеду времена је поновна употреба истих компоненти у различитим конфигурацијама кола. На овај начин нећете морати да измерите вредност било које компоненте компоненте више од једном.

Открити одговор Сакриј одговор

Нека сами електрони дају одговоре на своје "проблеме у пракси"!

Напомене:

Било је моје искуство да студенти захтевају много вежбања са анализом кола како би постали способни. У том циљу, инструктори обично пружају својим ученицима мноштво проблема у пракси и пружају одговоре студентима да провере свој рад против. Иако овакав приступ чини ученицима умешан у теорију кола, не успије их потпуно образовати.

Студенти не требају само математичку праксу. Они такође требају стварне, практичне кругове за изградњу праксе и употребу опреме за тестирање. Дакле, предлажем следећи алтернативни приступ: ученици треба да граде сопствене "праксе" са стварним компонентама и покушају математички предвидјети различите напонске и тренутне вриједности. На овај начин, математичка теорија "оживи", а студенти стичу практичну стручност коју не би добили само решавањем једначина.

Други разлог за пратњу овог начина праксе јесте да науче ученичке научне методе : процес тестирања хипотезе (у овом случају, математичких предвиђања) вршењем правог експеримента. Студенти ће такође развити стварне вештине решавања проблема јер повремено врше грешке у конструкцији кола.

Проведите неколико тренутака са вашом класом да бисте прегледали неке од "правила" за изградњу кругова пре него што почну. Разговарајте о овим питањима са вашим ученицима на исти начин у Сократу како бисте нормално разговарали о питањима радног листа, а не само да им кажете шта требају и не би требало да раде. Никада не престајем да се чудим колико су лоши ученици схватили упуте када су представљени у типичном предавању (инструктор монологу) формату!

Напомена инструкторима који се могу жалити на "изгубљено" време потребно да ученици граде стварна кола уместо само математички анализирање теоријских кругова:

Која је сврха ученика који изводе курс "ворксхеет панел панел-дефаулт" итемсцопе>

Питање 2

Квалитативни модел за понашање транзистора јесте варијабилни отпорник. Иако је потпуно нетачна у квантитативном (бројем) смислу, она барем даје средство за процјену свог понашања у смислу "више проводљиве" или "мање проводљиве".

Примијените овај "модел" понашања транзистора на овај транзисторски склоп појачала и опишите шта се догађа с напоном колектора (В Ц ) и напоном емитера (В Е ) када се улазни напон (В ин ) повећава и смањује:

Открити одговор Сакриј одговор

Када се повећава В, В Е се повећава и В Ц се смањује. Када се В смањи, В Е се смањује и ВЦ се повећава.

Напомене:

Ако је овај концепт збуњен код било ког од ваших ученика, извуците пар три-отпорних мрежних напона на плочи за свако видјети, а затим ученици анализирати пад напона у два стања: када је средњи отпорник мала вриједност, и када је средњи отпорник велика вредност.

Астуте студенти ће препознати ову конфигурацију транзистора као фазни сплиттер .

Питање 3

Идентификујте врсту транзисторског појачала (цоммон цоллецтор, цоммон-емиттер или цоммон-басе) и идентификујте да ли је то обрнуто или необличавање .

Такође, објасните како изводити једначину добитка напона за ово појачало:

А В = Р Ц


Р Е + р ' е

Открити одговор Сакриј одговор

Ово је коло појачавач обичних емитера, и то је обрнуто. Ево шематски наговештај за објашњење зашто је формула за добијање напона таква каква је. Имајте на уму да је транзистор моделован овде као отпор и контролисан извор струје:

Питање о следећем питању: једначина добитка напона за овај тип транзисторског појачала обично се приказује у једноставнијој форми коју сам наведио на крају питања. Напишите овај једноставнији облик и објасните зашто је то приближно истинито.

Напомене:

У дискусији са вашим ученицима, анализирајте одзив овог јединичног транзисторског круга појачала за различите улазне напоне. Другим речима, изводите експеримент миша како бисте их поново упознали са понашањем ове конфигурације транзисторског појачала. Поставите улазни и излазни напон, ако је потребно, на графикону. Разговарајте о томе шта појам "обрнути" значи у овом контексту.

Питање 4

Идентификујте врсту транзисторског појачала (цоммон цоллецтор, цоммон-емиттер или цоммон-басе) и идентификујте да ли је то обрнуто или необличавање .

Такође, објасните како изводити једначину добитка напона за ово појачало:

А В = Р Е


Р Е + р ' е

Открити одговор Сакриј одговор

Ово је коло за појачало са заједничким колекторима, и није конвергентно. Ево шематски наговештај за објашњење зашто је формула за добијање напона таква каква је. Имајте на уму да је транзистор моделован овде као отпор и контролисан извор струје:

Питање о следећем питању: једначина добитка напона за овај тип транзисторског појачала обично се приказује у једноставнијој форми коју сам наведио на крају питања. Напишите овај једноставнији облик и објасните зашто је то приближно истинито.

Напомене:

У дискусији са вашим ученицима, анализирајте одзив овог јединичног транзисторског круга појачала за различите улазне напоне. Другим речима, изводите експеримент миша како бисте их поново упознали са понашањем ове конфигурације транзисторског појачала. Поставите улазни и излазни напон, ако је потребно, на графикону. Разговарајте о томе шта појам "нонинвертинг" значи у овом контексту.

Питање 5

Идентификујте врсту транзисторског појачала (цоммон цоллецтор, цоммон-емиттер или цоммон-басе) и идентификујте да ли је то обрнуто или необличавање .

Такође, објасните како изводити једначину добитка напона за ово појачало:

А В = Р Ц


р ' е

Открити одговор Сакриј одговор

Ово је коло за појачаваче уобичајене базне станице, и није конвергентно. Ево шематски наговештај за објашњење зашто је формула за добијање напона таква каква је. Имајте на уму да је транзистор моделован овде као отпор и контролисан извор струје:

Напомене:

У дискусији са вашим ученицима, анализирајте одзив овог јединичног транзисторског круга појачала за различите улазне напоне. Другим речима, изводите експеримент миша како бисте их поново упознали са понашањем ове конфигурације транзисторског појачала. Поставите улазни и излазни напон, ако је потребно, на графикону. Разговарајте о томе шта појам "нонинвертинг" значи у овом контексту.

Питање 6

Да ли би ово транзисторско појачало карактеризирало као инвертинг или нонверверинг, при чему се основни терминал транзистора К2 сматра улазом "// ввв.беаутицрев.цом.ау//суб.аллабоутцирцуитс.цом/имагес/куиз/00884к01.пнг">

Открити одговор Сакриј одговор

Ово је инверзни појачавач.

Напомене:

Питајте своје ученике да уклоне транзистор К1 (и његов отпорник колектора) из кола и покушајте одговорити на питање тада. Требало би бити лако одредити да ли је коло обрнуто или неинвертирање у тој конфигурацији. Затим, ученици "убацити" К1 и његов отпорник колектора назад у коло и поново анализирати. Да ли присуство К1 нешто промени? Зашто или зашто не?

Питање 7

Да ли бисте карактерисали ово транзисторско појачало као обртање или необличавање, при чему се базни терминал транзистора К1 сматра улазом? Објасните свој одговор.

Открити одговор Сакриј одговор

Ово је нонинвертинг појачало.

Следеће питање: шта се дешава са проводношћу колектора и емитера транзистора К2 пошто транзистор К1 прође више струје због повећања В сигнала "белешке скривене"> Напомене:

Анализом овог круга се помаже применом модела варијабилног отпорника транзистора на њега. Замените променљиве отпорнике за транзисторе К1 и К2, а затим их ученици анализирају као круг разводника напона.

Следеће питање је важно зато што подразумева да транзистор К2 није статички ентитет са променама у основном сигналу К1. Исто се може рећи за К1 када се промене појављују у основи К2. Разговарајте о овом ефекту са ученицима, осигуравајући да разумеју зашто се оба проводљивост транзистора мијења с промјеном једне од основних напона.

Питање 8

Овде, круг диференцијског пара се покреће улазним напоном на бази К 2, док се излаз узима на колектору К 2 . У међувремену, други улаз (К 1 база) је прикључен на земљу:

Идентификујте које врсте кругова појачавача функционишу као два транзистора (цоммон цоллецтор, цоммон-емиттер, цоммон-басе) када се користи диференцијални пар и напишите једначину која описује добитак напона кола. Ево још једне шеме, приказујући транзисторе моделиране као контролисане изворе струје, како би вам помогли у једначини:

Открити одговор Сакриј одговор

К2 функционише као појачавач цоммон емиттера, док К 1 уопште не делује као појачавач (с обзиром да се никакав улаз или излаз не повезују са њим). Једначина добитка је таква:

А В (инверт) = Р Ц


р ' е + (р' е || Р Е )

Праћење питања 1: објасните зашто је прикладно поједноставити добитну једначину на ово:

А В (инверт) Р Ц


2р ' е

Следеће питање # 2: објасните зашто поједностављена једначина добитка је понекад написана са негативним знаком у њему:

А В (инверт) ≈ - Р Ц


2р ' е

Напомене:

Сврха овог питања је да ученици анализирају отпор у диференцијалном пару како би развили сопствену једначину добитка, на основу њиховог разумијевања како се добијају једноставнији појачања транзисторских појачавача. На крају, ово питање би требало да доведе до тога да други учесници изразе диференцијално повећање напона кола (суперпоситион оф гаин екуатионс за сваки унос који се разматра одвојено).

Питање 9

Овде, круг диференцијалног парица се управља помоћу улазног напона на бази К 1, док се излаз узима на колектору К 2 . У међувремену, други улаз (К2 база) је спојен на земљу:

Идентификујте које врсте кругова појачавача функционишу као два транзистора (цоммон цоллецтор, цоммон-емиттер, цоммон-басе) када се користи диференцијални пар и напишите једначину која описује добитак напона кола. Ево још једне шеме, приказујући транзисторе моделиране као контролисане изворе струје, како би вам помогли у једначини:

Открити одговор Сакриј одговор

К 1 функционише као заједнички колекторски појачавач, док К 2 делује као заједничко базно појачало. Једначина добитка је таква:

А В (нонинверт) = Р Ц


р ' е + (р' е || Р Е )

⌉ ⌋ р ' е || Р Е


р ' е

⌉ ⌋

Следеће питање: објасните зашто је прикладно поједноставити добитну једначину на ово:

А В (нонинверт) Р Ц


2р ' е

Напомене:

Сврха овог питања је да ученици анализирају отпор у диференцијалном пару како би развили сопствену једначину добитка, на основу њиховог разумијевања како се добијају једноставнији појачања транзисторских појачавача. На крају, ово питање би требало да доведе до тога да други учесници изразе диференцијално повећање напона кола (суперпоситион оф гаин екуатионс за сваки унос који се разматра одвојено).

Сасвим сигурно, неимпликована једначина која је приказана у одговору је застрашујућа, а студенти се могу питати гдје сам га добио. Можете им помоћи да разумеју да основна добитна једнаџба за БЈТ појачавач заснована је на претпоставци да је И Ц ≈ И Е, да ће се струја кроз терминал емитера "поновити" на колекторски терминал како би проток кроз отпор колектора. Стога, напонски напон није ништа више од односа отпорности, с обзиром на то да су струја емитера и струја колектора претпостављени исти:

В излаз (АЦ) = И Ц Р Ц и В у (АЦ) = И Е Р Е (укупно)

. . . тако . . .

А В = В излаз (АЦ)


В у (АЦ)

= И Ц Р Ц


И Е Р Е (укупно)

= И Ц Р Ц


И Ц Р Е (укупно)

= Р Ц


Р Е (укупно)

На тај начин добијање једначине добитка за БЈТ појачало је обично једноставно као и откривање каквог отпора колекторска струја пролази и подијелити то за количину отпорности која мора проћи кроз базу-емитер. У уземљеном појачалу, овај однос је једноставно ((Р Ц ) / (р ' е )).

Са овим склопом, међутим, улазни сигнал се мора пребацивати кроз р ' е од К 1 пре него што дође до К 2 за појачање, због чега је изједначење добитка напона много сложеније. После проласка динамичког отпорника емитера К 1, раздваја се између динамичког отпорника емитера К 2 и отпорности "репа" Р Е. Израз р ' е + (р' е || Р Е ) је количина отпорности кроз коју улази улазни сигнал АЦ, а фракција ((р ' е || Р Е ) / (р' е )) дефинише раздвајање струје (највише до емитера К 2, мала количина кроз Р Е ).

Питање 10

Напишите приближну једначину која описује диференцијално повећање напона за круг диференцијског пара као што је овај, у смислу вредности компоненте:

Открити одговор Сакриј одговор

А В (дифф) = Р Ц


2р ' е

Следеће питање: које компоненте компоненте треба изменити како би повећале диференцијално повећање напона у диференцијалном пару и зашто "белешке сакривене"> Напомене:

Сврха овог питања јесте да ученици примене Теорем Суперспозиције да комбинују двије једнаџбе напонског убрзања у једну диференцијалну једначину напона.

Питање 11

Опишите шта се догађа са сваким од излазних напона (В оут1 и В оут2 ) с обзиром да се улазни напон (В ин ) смањује :

Открити одговор Сакриј одговор

В оут1 ће се смањити (постати негативнији), док ће В оут2 порасти (постати позитивније).

Напомене:

Са четири терминала за повезивање са спољним светом, овај склоп је диференцијални улаз, диференцијално-излазно појачало.

Питање 12

Претпоставимо да је ова кола диференцијалног пара савршено избалансирана. У овом стању, колико напона би се очекивало између два колекторска терминала транзистора "// ввв.беаутицрев.цом.ау//суб.аллабоутцирцуитс.цом/имагес/куиз/00887к01.пнг">

Шта би се десило са овим диференцијалним напоном (В дифф ) ако би транзистор К2 повећао температуру, а транзистор К1 остао на истој температури? Објасните свој одговор.

Открити одговор Сакриј одговор

У избалансираном стању, В дифф = 0 волти. Ако се К2 загреје и К1 није, развија се диференцијални напон између два колекторска прикључка, при чему је колектор К1 позитиван, а колектор К2 је негативан:

Следеће питање: шта ова појава значи када је у питању стабилност диференцијалних паралелних транзисторских кола под различитим условима рада "напомене скривене"> Напомене:

У суштини, питање у овом питању је шта се дешава са транзистором када се загреје, али се параметри електричног напајања (снага и улазни сигнал) не мењају. Замолите ученике да ову феномену односе на понашање других ПН спојних уређаја, као што су диоде.

Питање 13

Овај круг је део станице за праћење времена. Брзина вјетра се мјери излазним напоном из ДЦ генератора трајног магнета, окренуо је низом лопатица. Сијалица се пали када брзина ветра прелази вредност прага ("путовање"), утврђену потенциометром:

На основу вашег разумевања диференцијалних парних кола, да ли је то круг за показивање ветра велике брзине или круг за показивање ветра ниских брзина "# 13"> Откриј одговор Сакрити одговор

Сијалица се активира када се брзина вјетра смањи испод прага.

Напомене:

Питајте своје ученике да објасне своје разлоге у добијању њихових одговора. Шта се дешава у овом кругу, како се напон генератора повећава, и како се смањује? На који начин подесите потенциометар како би повећали тачку путовања? Како то знамо?

Нека ваши ученици знају да је ово коло једноставан пример онога што се зове компаратор : круг који пореди два напона једни према другима и генерише излаз који одговара напону који је већи.

Питање 14

Шта је напон уобичајеног режима, и како би требало да одговори на диференцијални појачавач (идеално)?

Открити одговор Сакриј одговор

"Напон цоммон моде" је количина напона заједничког за оба улаза диференцијалног појачала. У идеалном случају, диференцијални појачавач би требало одбацити овај напон у заједничком режиму, само повећавајући разлику између два улазна напона.

Питање о следећем питању: шта значи однос одбацивања заједничког режима рада (ЦМРР) за диференцијално појачало?

Напомене:

Замолите ученике да пруже примјере заједничког напона на диференцијалном појачалу. На пример, к количина напона на једном улазу и и количина напона, с друге стране представља з количину напона заједничког режима. . .

Питање 15

Ако спојимо двије транзисторске базе заједно у диференцијалном пару, он може видети само уобичајени улазни напон (без диференцијалног улазног напона):

Важан параметар перформансе било ког диференцијалног појачавача је његов уобичајени опсег напона. У идеалном случају, диференцијални улазни појачавач треба да игнорише било који и све напоне у заједничком режиму, али у стварности увек постоји одређена појачава напона заједничког режима. Морамо схватити колико ће то бити у било којем кругу диференцијалних парица.

Да би нам помогли да анализирамо овај круг (са оба улаза везана тако да види само уобичајени улазни напон), поново ћу га нацртати на начин који одражава симетричну природу кола:

Прво, објасните зашто је ово поновно извлачење оправдано, а затим напишите једначину која описује уобичајени начин напона напона овог кола, у смислу вриједности компоненте.

Открити одговор Сакриј одговор

Ако су транзистори идентични и примају исти улазни сигнал на својим основним терминалима, они ће пренијети исту количину струје од колектора до емитера. То значи да је струја отпорника "репа" (И Р Е ) равномерно подељена између два транзистора. Са једнаком поделом струје, један отпорник ће деловати исто као два отпорника двоструке вредности, од којих свака носи само струју једног транзистора.

Као што је овако поновљено, требало би јасно показати да диференцијални пар делује као претварач појачала са заједничким емитовањем, уз повећање напона у заједничком режиму описаном следећом једначином:

А В (ЦМ) = Р Ц


р ' е + 2Р Е

Следеће питање: које компоненте компоненте треба изменити како би се убрзано повећање напона уобичајеног начина у кругу диференцијалног парице и зашто "белешке сакривале"> Напомене:

Сврха овог питања је да ученици препознају који фактори у кругу диференцијалних парица утичу на уобичајени напонски раст, а затим да схвате да вриједност отпорника отвора има велики утјецај на уобичајени начин добитка, док у исто вријеме имају занемарљив утицај на диференцијалну добит.

Питање 16

Побољшање дизајна диференцијалног појачавача засновано на отпорници је додавање извора константне струје у коме се два електрична струја транзистора повезују заједно:

Шта прави извор константне струје "изгледа" на остатак појачала, у смислу еквивалентног отпора "# 16"> Открити одговор Сакри одговор

Извор константне струје ће "изгледати" као врло велика отпорност на остатак кола. Ово даје појачалу већи однос одбацивања уобичајеног начина рада (ЦМРР). Обично тренутни извор се конструише помоћу тренутног круга огледала .

Напомене:

Замолите ученике да дефинишу ЦМРР и објасне његов значај у диференцијалном кругу појачала. Анализирајте ефекте уобичајеног улазног напона на једноставно коло диференцијалног појачавача отпорника, а затим га упоредите са колом који има константни извор струје. Како садашњи извор ради на побољшању ЦМРР-а (смањује уобичајени добитак)?

Такође, ваши ученици привуку тренутно огледало за овај диференцијални круг појачала и објасните како то функционише.

Очекујем да су ваши ученици видели (или да истражују) ЦМРР апроксимацију за диференцијални парни круг (ЦМРР ≈ (( Е ) / (р ' е ))), а из овога може се закључити важност коришћења текућег извора у репу кола уместо пасивног отпорника.

Питање 17

Однос заједничког одбијања је однос између диференцијалног појачавачког диференцијалног напона и његовог уобичајеног напона напона:

ЦМРР = А В (дифф)


А В (ЦМ)

Што је већа вредност овог параметра, то ће боље диференцијално појачало учинити као истински диференцијално појачало. Комбинирајте једначине за диференцијално повећање напона и за уобичајени режим напона за следећи диференцијални круг појачавача, у једну једначину за ЦМРР:

Открити одговор Сакриј одговор

ЦМРР ≈ Р Е


р ' е

Следеће питање: које компоненте компоненте треба изменити како би повећале ЦМРР у диференцијалном пару и зашто "белешке сакривене"> Напомене:

Можда желите додати да се ЦМРР обично изражава у децибелима, рачунато на исти начин на који бисте израчунали децибеле за било који други однос напона.

Питање 18

Диференцијални појачавачи често користе активна оптерећења : ток струје огледала за успостављање колекторски струје између два транзистора, а не оптерећења отпорника.

Шта садашње огледало "изгледа" на страну заједничког емитера диференцијалног круга појачавача, када применимо теорем Суперпосиције "# 18"> Открити одговор Сакри одговор

Додавање актуелног огледала значајно повећава ефективан отпор на колекторски терминал на страни емитера и тако значајно повећава диференцијално повећање напона појачавача.

Напомене:

Замолите ученике да објасне зашто се повећава разлика у напону. Једна наговештај је унутрашња (Нортон) отпор идеалног извора струје: бесконачни ови! Питајте ученике како се овај еквивалентни отпор упореди са (коначним) вредностима отпорника замијењених тренутним огледалом, и какав утјецај те промјене има на добит напона.

Питање 19

Предвидите како ће утицати на рад овог круга диференцијалних парица као резултат следећих грешака. Разматрајте сваку грешку независно (тј. Један по један, без вишеструких грешака):

Ресистор Р 1 не отвори:
Ресистор Р 2 отказао:
Ресистор Р 3 не отвори:
Мост са сољем (кратки) преко отпорника Р 3 :

За сваки од ових услова објасните зашто се настају последице.

Открити одговор Сакриј одговор

Отпорник Р 1 не отвори: Више струје ће се извући из В 1 ; ако се резултат В 1 смањи, В излаз ће се смањити.
Отпорник Р 2 не отвори: В излаз ће претпоставити ниво напона приближно једнак В 2 - 0, 7 волти.
Отпорник Р 3 не отвара: В излази на + В (позитивна шина).
Спојни мост (кратки) преко отпорника Р 3 : В из засићења до неколико десетина волт од -В (негативна доводна шина).

Напомене:

Сврха овог питања је да приступи домену решавања проблема са круговима из перспективе да сазнају која је грешка, а не само знати који су симптоми. Иако ово није нужно реална перспектива, он помаже ученицима да изграде темељна знања неопходна за дијагностификацију скривеног круга из емпиријских података. Питања као што је ово треба слиједити (евентуално) другим питањима од студената да идентификују вјероватне грешке засноване на мерењима.

  • ← Претходни радни лист

  • Индек листова

  • Следећи радни лист →