Семинарно упражнение 7 (26 април - 1 май 2004)

7. Транзисторни схеми с обратна връзка

КОЛЕКЦИЯТА. До тук успяхме да извлечем, построим и дори да "изобретим" общо 52 елементарни градивни схемни блокчета, които събрахме в една колекция. Днес ще усъвършенстваме активните транзисторни схеми от миналия път като използваме принципа на отрицателната обратна връзка. Така ще обогатим колекцията си с нови 7 схемни блокчета (дотук стават общо 59):

Повторители емитерен повторител "смутен" емитерен повторител

Транзисторни усилватели (умишлено смутени повторители) с ООВ, управлявани откъм:
базата емитера базата и емитера едновременно
усилвател схема "общ емитер" усилвател схема "обща база" диференциален усилвател

Транзисторни усилватели с ООВ и динамичен товар
усилвател с динамичен товар усилвател с управляван динамичен товар

7.1. Система повторител с отрицателна обратна връзка (активен повторител). Нека първо да извлечем принципа на отрицателната обратна връзка (ООВ) С помощта на захранващ източник на напрежение, изходната част на един транзистор (в ролята на регулиращ елемент) и входната му част (в ролята на сравняващо устройство) на един транзистор сглобяваме емитерен повторител на напрежение - сп. ИНЖЕНЕРИНГ РЕВЮ, март 1998, рубрика В ТЪРСЕНЕ НА ИДЕЯТА: Феноменът 'активно копиране'С помощта на допълнителен енергиен източник, регулиращ елемент и сравняващо устройство сглобяваме активен повторител - сп. ИНЖЕНЕРИНГ РЕВЮ, март 1998, рубрика В ТЪРСЕНЕ НА ИДЕЯТА: Феноменът 'активно копиране' от множество житейски ситуации и след това да го обобщим в блокова схема със съставни елементи: енергиен източник, сравняващо устройство и регулиращ елемент. След това да представим поведението (алгоритъма на действие) на системата чрез операциите сравнение и регулиране. Накрая да надникнем за повече информация в страниците на сп. Инженеринг ревю, март 1998 г.
7.1.1. Емитерен (сорсов) повторител без товар. Сега да построим, върху основата на блоковата схема, една конкретна транзисторна схема (на следващото занятие ще направим пък схема с операционен усилвател). Дискусия: Кое играе ролята на сравняващо устройство в схемата на емитерния повторител? А кое играе ролята на регулиращ елемент? Как транзисторът се е превърнал от източник на ток в източник на напрежение? Идеален ли е този активен повторител и защо? Определете точно колко е коефициентът му на предаване. А сега да разгледаме едно полезно приложение на тази схема: транзисторен стабилизатор на напрежение - сглобяване го от RD стабилизатор и емитерен повторител.
 Активният повторител преодолява смущенията с цената на допълнителни усилия - сп. ИНЖЕНЕРИНГ РЕВЮ, март 1998, рубрика В ТЪРСЕНЕ НА ИДЕЯТА: Активно копиране в условията на смущения.7.2. Система повторител с отрицателна обратна връзка в условията на смущения. Дискусия: Как реагират в живота активните повторители на вредни въздействия? Какви са предимствата на активните повторители спрямо пасивните? Имат ли някакви недостаъци спрямо тях? Какво трябва да притежават те за да компенсирт достатъчно големи смущения? Да разгледаме Инженеринг ревю , април 1998 г.
7.2.1. Емитерен повторител под товар. Изследване при промяна на товара и захранващотоТранзисторът в един емитерен повторител компенсира съпротивлението на линията като намалява допълнително текущото си съпротивление - сп. ИНЖЕНЕРИНГ РЕВЮ, април 1998, рубрика В ТЪРСЕНЕ НА ИДЕЯТА: Активно копиране в условията на смущения. напрежение, сравнено с усилвателното стъпало схема общ емитер. Като какво устройство се държи емитерния повторител?
7.2.1. Емитерен повторител, захранван по дълга линия или от източник с вътрешно съпротивление. Като променя допълнително текущото си съпротивление транзисторът в един емитерен повторител компенсира съпротивлението на линията или вътрешното съпротивлене на захранващия източник ...
7.2.2. Транзисторен източник на ток. По този начин транзисторът поддържа постоянен тока във веригата, т.е. емитерният повторител се е превърнал в източник/приемник на ток. За да се убедим в това, нека го изследваме при промяна на товара и захранващото напрежение.

Умишлено смутеният активен повторител се превръща в ... усилвател - сп. ИНЖЕНЕРИНГ РЕВЮ, март 1998, рубрика В ТЪРСЕНЕ НА ИДЕЯТА: Смутено активно копиране или ... усилване?7.3. Система усилвател с отрицателна обратна връзка. Дискусия: Има ли полезниУмишлено смутеният емитерен повторител се превръща в ... усилвател схема 'общ емитер' - сп. ИНЖЕНЕРИНГ РЕВЮ, март 1998, рубрика В ТЪРСЕНЕ НА ИДЕЯТА: Смутено активно копиране или ... усилване?смущения? Можем ли да използваме реакцията на един активен повторител на смущения като изходен сигнал? Добре, щом е така, нека да превърнем един активен повторител в усилвател като го смутим умишлено с помощта на един допълнителен резистор RC - Инженеринг ревю, май 1998 г.
7.3.1. Усилвателно стъпало схема общ емитер. Превръщане на емитерния повторител в усилвател чрез въвеждане на "смущаващ" резистор. Дискусия: Може ли схемата да работи и при какви условия като повторител и дори затихвател?

7.3.2. Усилвателно стъпало схема обща база. Дискусия: Как реагират в живота активните повторители когато се опитаме да променим изходната им величина? "Изобретяване" на схемата чрез смущаване на емитерен повторител в изхода - Инженеринг ревю, декември 1998 г. Дискусия: Каква функция изпълнява колекторният резистор RC? В какви граници може да се изменя изходното напрежение на схемата? Защо схемата е неинвертираща?
Ако се опитаме да променим изходната величина на един активен повторител, той реагира на това като се превръща в ... усилвател - сп. ИНЖЕНЕРИНГ РЕВЮ, декември 1998, рубрика В ТЪРСЕНЕ НА ИДЕЯТА: Усилване чрез ... конфликт. Ако атакуваме изхода на един емитерен повторител, той се превръща в усилвател схема 'обща база' - сп. ИНЖЕНЕРИНГ РЕВЮ, декември 1998, рубрика В ТЪРСЕНЕ НА ИДЕЯТА: Конфликт на потенциали в схема 'обща база'

7.4. Диференциална система усилвател. Дискусия: Как си взаимодействат (подпомагат или пречат) в живота активните повторители? Примери (популярни игри): "теглене на въже" и "американска борба". Как можем да използваме феномена на конфликта в електронните схеми? Как можем да предизвикаме конфликт на потенциали?
7.4.1. Транзисторен диференциален усилвател. Инженеринг ревю, декември 1998 г.
7.4.1.1.Построяване на схемата.
 СЦЕНАРИЙ 1: Сглобяваме схемата от компаратор на напрежения с токов изход (транзистор, управляван едновременно откъм базата и емитера) + преобразувател ток-напрежение + буфериращ емитерен повторител.
СЦЕНАРИЙ 2: Сглобяваме схемата от два емитерни повторителя с общ изход. Дискусия: За какво е необходим емитерния резистор RE? Можем ли да направим схема без RE (например като използваме транзистори с различна проводимост)?
Два активни повторителя се борят помежду си - сп. ИНЖЕНЕРИНГ РЕВЮ, март 1999, рубрика В ТЪРСЕНЕ НА ИДЕЯТА: Диференциалният усилвател - драматична борба на потенциали. Два емитерни повторителя се борят помежду си в схемата на един диференциален усилвател - сп. ИНЖЕНЕРИНГ РЕВЮ, март 1999, рубрика В ТЪРСЕНЕ НА ИДЕЯТА: Диференциалният усилвател - драматична борба на потенциали.

7.4.1.2. Изследване на схемата (визуализиране на действието с потенциални стълбчета) при:
• единичен входен сигнал. Представяне като последователно свързани емитерен повторител и схема обща база. Връзка с дисциплината цифрова схемотехника: Какво е това емитерно-свързана схема?
• диференциални входни сигнали. Представяне като "противопосочно" свързани емитерни повторители. Дискусия: Можем ли да наречем общата точка на емитерите виртуална маса? Играе ли някаква роля общия емитерен резистор RE в този случай? Можем ли да го махнем?
• синфазни входни сигнали. Представяне като "еднопосочно" свързани емитерни повторители. Дискусия: Каква е ролята на общия емитерен резистор RE в този случай? Можем ли да вземем изходен сигнал само от единия колектор?
7.4.1.3. Усъвършенстване на схемата чрез включване на източник на ток в емитерите. Разкриване на най-общата идея на феномена "подпомагане" в електронните схеми - Инженеринг ревю, ноември 1999 г. Дискусия: Как се държи един емитерен повторител (източник на напрежение), натоварен с източник на ток? Източник на ток ли е в действителност елементът, включен в емитерите? Кога влиза в действие той - при синфазен или при диференциален сигнал?

7.4.1.4. Усъвършенстване на схемата чрез включване на източник на ток в колектора. Разкриване на най-общата идея на феномена конфликт на токове в електронните схеми - Инженеринг ревю, април 1999 г.

Построяване на усилвателно стъпало с динамичен товар. Дискусия: Как се държи един транзисторен източник на ток натоварен с друг източник на ток? Коректна ли е тази постановка?


Построяване на усилвателно стъпало с управляван динамичен товар. Дискусия: Как се държат взаимно натоварени транзисторни източници на ток, ако заданията им се променят едновременно и противопосочно?

7.4.2. Операционен усилвател. Построяване на схемата чрез усъвършенстване на диференциалния усилвател с допълнителни градивни блокчета. Функционална представа за операционния усилвател като управляван с напрежение източник на напрежение. Дискусия: Каква е ролята на двуполярното захранване в схемите с операционни усилватели? Приложения: операционният усилвател в ролята на компаратор.