Дифференциальным усилителем

Переходный процесс в цепи описывается дифференциальным уравнением - неоднородным или однородным, если ее схема замещения содержит или не содержит источники ЭДС и тока. Заметим, что переходный процесс в линейной цепи описывается линейными дифференциальными уравнениями, а в нелинейной — нелинейными. 132

А. Зарядка емкостного элемента от источника постоянной ЭДС через резистивный элемент. Переходный процесс в цепи на 5.4 описывается неоднородным дифференциальным уравнением на основе второго закона Кирхгофа, закона Ома uf = ri и соотношения между током зарядки и напряжением в емкостном элементе / =Cduc/dt [см. (2.11)], т.е.

В отличие от процесса разрядки емкостного элемента в цепи на 5.6, описываемого однородным дифференциальным уравнением (5.28), процесс зарядки в аналогичной цепи от источника постоянной ЭДС Е ( 5.10, а) описываается неоднородным дифференциальным уравнением

Тепло, выделяющееся в двигателе в бесконечно малый промежуток времени dt, расходуется на повышение температуры перегрева т двигателя на dr и на теплоотдачу в окружающую среду. Этот процесс выражается дифференциальным уравнением

Для упрощения процедур разработки моделей технологические процессы ( 17.8,а) представляются, как правило, в пооперационном виде на основе их структурного описания ( 17.8,6—г), которое определяет взаимосвязь между отдельными элементами производственных и технологических процессов. Наиболее распространенными при описании ТП (операций) и систем управления является класс линейных моделей, который задается линейным дифференциальным уравнением вида

Теплота, выделяющаяся в двигателе в бесконечно малый промежуток времени dt, расходуется на повышение температуры перегрева т двигателя на dt и на теплоотдачу в окружающую среду. Этот процесс выражается дифференциальным уравнением

Таким образом, ЭДС гармонической обмотки описывается дифференциальным уравнением второго порядка

Эквивалентная схема импульсного трансформатора содержит три реактивных элемента Ls, L^ и С8, поэтому процессы, происходящие в ней, описываются дифференциальным уравнением третьего порядка, решение которого в общем случае не позволяет получить доста-

Воспользуемся в качестве исходного нелинейным дифференциальным уравнением (7-1). Предположим, что характеристика и — f (i) может быть аппроксимирована за-

Если процесс в электрической цепи описывается дифференциальным уравнением первого или второго порядка, то состояние цепи в любой момент времени характеризуется точкой на фазовой плоскости, называемой изображающей точкой. С течением времени изображающая точка перемещается, описывая на фазовой плоскости линию, которую называют фазовой траекторией. Вид фазовой траектории зависит от схемы и параметров цепи.

Если процесс описывается дифференциальным уравнением первого порядка, то изображающая точка перемещается только по одной кривой. Если же процесс описывается дифференциальным уравнением второго порядка, то в зависимости от начальных условий получаются различные фазовые траектории. Семейство фазовых траекторий, изображающих процессы, возможные в данной цепи, называют фазовым портретом данной цепи. Фазовый портрет дает представление о характере исследуемого процесса без решения дифференциального уравнения данной электрической цепи.

Дифференциальный усилитель. Дифференциальным усилителем называют усилитель, усиливающий разность двух напряжений. Эти усилители нашли широкое применение в различных электронных устройствах, в том числе в интегральных микросхемах. Дифференциальный усилитель представляет собой сбалансированную мостовую электрическую цепь. Чаще всего в качестве усилителя используют параллельно-балансный усилитель ( 3.1). Два плеча такого моста составляют резисторы <Кк\, ks.2, а два других — транзисторы Ть Т2. Сопротивление резистора /?э ^>h\\ служит для стабилизации эмиттерного тока •^э=/Э1 + /Э2 «/К1+/К2- Входные напряжения ы„хь ивх2 подаются в базовые цепи транзисторов, а выходное напряжение снимается между коллекторами транзисторов, т. е. «с диагонали» моста. К другой «диагонали», как видно из схемы, подключаются источники питания с ЭДС +?к и —?к- Второй источник (—Ек) нужен для обеспечения отрицательного потенциала эмиттеров Э\ и Э2, чтобы обеспечить необходимый режим покоя. При подаче напряжений ивхги «Вх2 выходное напряжение

конденсаторы. Схема включения приведена на 1 1.10, б. Работа схемы осуществляется следующим образом. Опорное напряжение UQn от внутреннего источника и напряжение, пропорциональное выходному Д^вых с внешнего делителя R5.R6, сравниваются дифференциальным усилителем. Разностный сигнал, усиленный дифференциальным усилителем, воздействует на базу составного транзистора V4, V5, изменяет сопротивление регулирующего органа и компенсирует изменение выходного напряжения на выводе 13.

Усилитель постоянного тока, выходное напряжение которого пропорционально разности напряжений входных сигналов, называют дифференциальным усилителем (ДУ). На 78, а показана упрощенная схема ДУ с симметричными входами и выходами, состоящая из двух симметричных плеч (VT1 и R1, VT2 и R2) и генератора тока, подклю-

Более совершенна схема ключевого амплитудного выпрямителя ( 151, б). Амплитудное значение входного напряжения измеряется подключением запоминающего конденсатора С к источнику сигнала U (t) в момент достижения максимума во время положительного полупериода сигнала. Это обеспечивается дифференциальным усилителем-формирователем А, выход которого через диод VD соединен с МОП-транзистором VT с изолированным затвором, работающим в режиме обогащения, вследствие чего транзистор отпирается только при положительных напряжениях на затворе и заряжает конденсатор С до максимального напряжения U0.

а — схема подачи опорного напряжения при Увых < U3r\; б — то же, при любом соотношении между Uвых и С/эт]; в — схема температурной компенсации прямым включением компенсирующего диода; е — то же, обратным включением компенсирующего диода; д — с дифференциальным усилителем.

Меньшую температурную зависимость имеет стабилизатор с дифференциальным усилителем ( VIII. 18, д). В нем вместо одиночного ТУ применены транзисторы ТК и ТУ. Напряжение ?/эт1 создается на стабилитроне Ст± и термокомпенсирующих диодах ДК,, через которые с помощью резистора 7?д пропускается дополнительный ток. Изменяя величину этого тока, можно в небольших пределах менять ТКН диодов а' ( VIII. 6, е) и получить высокую степень стабильности Uytt, большую, чем в стабилитроне Д818, не имеющем такой точной подгонки ТКН. (73Tl передается на резистор R3 и является опорным для управляющего транзистора ТУ.

ЭПС работает следующим образом. На ключ ТЗ воздействует управляющий импульс, выработанный транзистором Т7 триггера Шмидта 77, Т8, после его усиления трехкаскадным усилителем Т6, Т5 и Т4. Цепочка RC между транзисторами Т6 и Т5 обостряет фронт управляющего импульса. Триггер управляется напряжением, снимаемым с резистора, включенного в цепь эмиттеров-транзисторов Т9 и Т10 и формирует прямоугольные импульсы переменной длительности. На транзисторы Т9 и Т10 подается усиленный дифференциальным усилителем Т13 и Т14 сигнал рассогласования. Этот дифференциальный усилитель является измерительным элементом, в нем сравнивается часть выходного напряжения с эталонным. Транзистор Т11 работает как нагрузочный (высокоомный транзисторный двухполюсник). Смещение на Т11 создает транзистор Т12. Эталонное напряжение вырабатывается простейшим транзисторным стабилизатором на транзисторе Т1 ( VIII. 14, б) и снимается с активного делителя, в который включен термокомпенсирующий диод Д2. Схема ЭПС питается стабильным напряжением, получаемым с помощью транзистора Т2, в цепи базы которого имеется стабильное напряжение.

Таким образом, дифференциальный сигнал, поданный на вход ДУ, вызывает появление усиленного сигнала на выходе. Поскольку рассмотренный тип усилителей реагирует только на дифференциальный сигнал, его называют дифференциальным усилителем.

Отклонение напряжения на нагрузке от заданной величины, устанавливаемой опорным стабилитроном Д2, усиливается дифференциальным усилителем на транзисторах Т2 и Т3. Эти транзисторы включены в цепи разряда конденсаторов С2 и С3 мультивибратора вместо базовых резисторов, т. е. выполняют функции управляемых сопротивлений. При изменении токов транзисторов Т2 и Т3 меняется скважность импульсов мультивибратора и тем самым скважность РЭ. Если, например, напряжение на нагрузке уменьшилось, то потенциал базы транзистора Тг становится менее положительным, что уменьшает ток через Т3 (транзистор /г-р-я-типа). При этом скорость разряда емкости Сз замедляется по сравнению со скоростью разряда С2, происходящего через транзистор Т2, т. е.

Таким образом, дифференциальный сигнал, поданный на вход ДУ, вызывает появление усиленного сигнала на выходе. Поскольку рассмотренный тип усилителей реагирует только на дифференциальный сигнал, его называют дифференциальным усилителем.

элемента ИЛИ-НЕ с дифференциальным усилителем приведена на 12.3. Большое быстродействие ИМС ЭСЛ обусловлено тем, что в этих элементах транзисторы работают в ненасыщенном (линейном) режиме. На выходе элемента применяется эмиттерный повторитель, который обеспечивает быстрый заряд емкости нагрузки.