Aktywne obciążenia w obwodach wzmacniacza

Impedancja [Reduktor Szumu] Odc.93 (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Aktywne obciążenia w obwodach wzmacniacza

Dyskretne urządzenia półprzewodnikowe i obwody


Pytanie 1

Wiemy, że prąd w obwodzie szeregowym można obliczyć za pomocą następującego wzoru:

I = E ogółem


R ogółem

Wiemy również, że napięcie spadłe na dowolny pojedynczy rezystor w obwodzie szeregowym można obliczyć za pomocą następującego wzoru:

E R = IR

Połączyć te dwie formuły w jedną, w taki sposób, że zmienna I jest wyeliminowana, pozostawiając tylko E R wyrażone w kategoriach E total, R total i R.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

E R = E ogółem  R


R ogółem

 

Pytanie uzupełniające: Algebraicznie manipuluj tym równaniem, aby rozwiązać zagadnienie E ogółem pod względem wszystkich pozostałych zmiennych. Innymi słowy, pokaż, w jaki sposób można obliczyć ilość całkowitego napięcia niezbędną do wytworzenia określonego spadku napięcia (E R ) na określonym rezystorze (R), biorąc pod uwagę całkowitą rezystancję obwodu (R ogółem ).

Uwagi:

Chociaż ta "formuła dzielnika napięcia" może znajdować się w dowolnej liczbie podręczników elektronicznych, twoi uczniowie muszą zrozumieć, jak algebraicznie manipulować daną formułą, aby dojść do tej.

pytanie 2

Określić, co stanie się z napięciem wyjściowym (V out ) i prądem rezystora R1 (I R 1 ) w tym obwodzie, gdy zwiększona zostanie rezystancja R2:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Gdy R2 zwiększa opór, V- out zwiększa się, a R1 zmniejsza się.

Uwagi:

Nic specjalnego tutaj - tylko jakościowa analiza bardzo prostego obwodu dzielnika napięcia.

pytanie 3

Załóżmy, że mamy porównać działanie dwóch obwodów dzielnika napięcia obok siebie. Obwód po lewej ma jeden rezystor zmienny (R 2 ), natomiast obwód po prawej ma dwa rezystory zmienne (R 1 i R 2 ). Oporniki obwodu prawostronnego są ze sobą połączone w taki sposób, że gdy jeden opór się zwiększa, drugi zmniejsza się o tę samą wartość, utrzymując stały całkowity opór obwodu:

Wiedząc, że napięcie wyjściowe dzielnika napięcia jest opisane następującym wzorem, ustal, który obwód dzielnika napięcia daje największą zmianę napięcia wyjściowego dla danej zmiany rezystancji R 2 .

V out = akumulator V  R 2


R 1 + R 2

 

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dzielnik napięcia z opornikami z opornikiem giętkim zapewni największą zmianę napięcia wyjściowego dla danej zmiany rezystancji R 2, ponieważ tylko licznik ułamka we wzorze dzielnika napięcia zmienia się wraz z R2, a nie mianownikiem.

Pytanie kontrolne nr 1: co dzieje się z ilością prądu w każdym obwodzie dla danej zmiany rezystancji R 2 "uwagi ukryte"> Uwagi:

Zrozumienie matematycznej podstawy odpowiedzi może być znaczącym krokiem naprzód dla niektórych uczniów. Jeśli mają problemy ze zrozumieniem, w jaki sposób formuła dzielnika napięcia potwierdza odpowiedź, niech spróbują "eksperymentu myślowego" z naprawdę prostymi liczbami:

Warunki początkowe:
R 1 = 1 Ω
R 2 = 1 Ω
Akumulator V = 1 wolt

Teraz zwiększ wartość R2 z 1 Ω do 2 Ω i zobacz, który obwód dzielnika napięcia doświadczył największej zmiany napięcia wyjściowego. Gdy te przykładowe wielkości zostaną umieszczone w odpowiednich wzorach, powinno być łatwo zobaczyć, jak formuła dzielnika napięcia wyjaśnia większe wahanie napięcia drugiego obwodu dzielnika.

Zwróć uwagę uczniom, że jest to przykład praktycznego rozwiązywania problemów: przeprowadzenie "eksperymentu myślowego" z naprawdę prostymi ilościami w celu numerycznego zbadania, w jaki sposób dwa różne systemy reagują na zmiany. Chociaż nie ma nic szczególnie trudnego w tej technice, wielu uczniów unika jej, ponieważ uważają, że musi istnieć łatwiejszy sposób (gotowe wyjaśnienie, w przeciwieństwie do eksperymentu myślowego własnego), aby zrozumieć tę koncepcję. Zapoznanie studentów z tą barierą nastawienia jest trudnym, ale kluczowym krokiem w rozwoju umiejętności samokształcenia.

Pytanie 4

Celem bieżącego obwodu lustrzanego jest utrzymanie stałego prądu przez obciążenie pomimo zmian rezystancji tego obciążenia:

Jeśli mielibyśmy z grubsza modelować zachowanie tranzystora jako automatycznie zmieniającego się rezystora - stale dostosowując opór, aby utrzymać stały prąd obciążenia - jak opisalibyście reakcję rezystora na zmiany rezystancji obciążenia "// www.beautycrew.com.au/ /sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/02656x02.png ">

Innymi słowy, gdy wzrasta obciążenie R, co robi tranzystor R - zwiększają opór, zmniejszają opór lub zachowują taki sam opór, jaki był wcześniej? Jak zmieniająca się wartość tranzystora R wpływa na całkowity opór obwodu?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Wraz ze wzrostem obciążenia R, tranzystor R zmniejszy opór tak, aby utrzymać stały prąd przez obciążenie i stałą sumę R.

Uwagi:

Ten model zachowania tranzystora prądowego, choć surowy, służy jako dobre wprowadzenie do tematu obciążeń czynnych w obwodach wzmacniaczy tranzystorowych. Tutaj tranzystor jest skonfigurowany do działania jako regulator stałoprądowy, następnie umieszczany szeregowo z tranzystorem wzmacniającym, aby uzyskać znacznie większe zyski napięcia niż to, co jest możliwe przy obciążeniu pasywnym (stałym rezystorze).

Pytanie 5

Ciekawą techniką uzyskania wyjątkowo wysokiego napięcia z jednostopniowego wzmacniacza tranzystorowego jest zastąpienie aktywnego obciążenia dla zwyczajowego rezystora obciążenia (umieszczonego na terminalu kolektorów):

Zwykle to "obciążenie czynne" przyjmuje postać obwodu prądu zwierciadła, zachowując się raczej jako regulator prądowy niż jako rzeczywiste źródło prądu.

Wyjaśnij, dlaczego obecność aktywnego obciążenia powoduje znacznie większy wzrost napięcia niż zwykły (pasywny) rezystor. Gdyby obciążenie czynne było idealnym regulatorem prądu, utrzymując absolutny stały prąd kolektora mimo zmiany przewodności podstawowej dla głównego tranzystora wzmacniającego, jakie byłoby wzmocnienie napięciowe "# 5"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Gdyby ładunek czynny był idealnym regulatorem prądu, to wzmocnienie napięcia w tym jednostopniowym obwodzie wzmacniacza byłoby nieskończone (∞), ponieważ równoważna rezystancja Thévenina dla źródła prądu to nieskończone omy.

Uwagi:

Istnieje więcej niż jeden sposób, aby zrozumieć ten efekt i dlaczego działa on tak, jak działa. Jednym z bardziej wyrafinowanych sposobów jest rozważenie, jaki jest wewnętrzny opór doskonałego źródła prądu: nieskończony. Zapytaj uczniów, w jaki sposób kontemplują ten efekt i jakie środki wykorzystali, aby zrozumieć tę koncepcję.

Pytanie 6

Zidentyfikuj jak najwięcej aktywnych ładunków na poniższym (uproszczonym) schemacie obwodu wzmacniacza operacyjnego LM324:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Oczywiście wszystkie źródła prądu są obciążeniami aktywnymi, ale jest jeszcze jeden w lewym dolnym rogu schematu. Pozwolę ci dowiedzieć się, gdzie to jest!

Uwagi:

Nawet jeśli uczniowie nie wiedzą jeszcze, czym jest "obwód wzmacniacza operacyjnego", powinni nadal być w stanie zidentyfikować etapy tranzystorów, konfiguracje i obciążenia aktywne. W tym przypadku większość aktywnych ładunków jest oczywista (jak pokazują obecne symbole źródłowe).

Nie zdziw się, jeśli niektórzy z twoich studentów zauważą, że para różnicowa w tym obwodzie opamp wygląda "do góry nogami" w porównaniu do tego, co widzieli wcześniej w obwodach różnicowych. Daj im znać, że to nie jest problem, i że para różnicowa działa tak samo w tej konfiguracji.

Pytanie 7

Zidentyfikuj jak najwięcej aktywnych ładunków na poniższym schemacie obwodu wzmacniacza operacyjnego LM741, wraz z ich odpowiednimi (wzmacniającymi) tranzystorami:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Q 6 jest aktywnym obciążeniem dla Q 4
Q 23 jest aktywnym obciążeniem dla Q 4
Q 13 jest aktywnym obciążeniem dla Q 17 i Q 22

Uwagi:

Nawet jeśli uczniowie nie wiedzą jeszcze, czym jest "obwód wzmacniacza operacyjnego", powinni nadal być w stanie zidentyfikować etapy tranzystorów, konfiguracje i obciążenia aktywne.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →