关键字 |
| 旁路，反馈，反式。 |
介绍 |
| 本文由五个部分组成，第一部分是二极管放大器，第二部分是在运算放大器的反馈回路中引入跨二极管放大器，第三部分是跨二极管放大器输出中的振荡问题，第四部分是通过引入反馈和耦合的概念来消除振荡问题的电路，第五部分是电路的ps-pice模拟。 |
| 二极管放大器: |
| 跨式二极管由运算放大器和反馈二极管组成。二极管在反馈回路中起开关的作用。从实验中获得I到V特性，发现它们在接近低电压时呈增加趋势，在较高电压时通常保持不变。 |
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| 在这里, |
| V =二极管的正向或反向电压增益。 |
| IO =反向电压增益。 |
| VT =室温下温度电压当量= 26mv (300k) |
| 硅二极管η = 2，锗二极管η = 3。 |
| 因此二极管的正向特性为 |
| 我= I0Ev /ηv |
| 两边取对数就得到 |
| 对数I =对数(IO) + V/(ηV) |
| 解这个方程 |
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| 因此正向电压和正向电流是对数相关的。 |
| 这个方程也可以用来制作一个基本的对数放大器。运算放大器作为理想放大器;因此，我们可以使用理想运算放大器的所有假设。这里使用虚短的假设，OPAMP的正极和负极(2和3引脚短)到地。 |
| 取P-N结二极管作为运算放大器(2 - 6引脚之间)的反馈回路。电路的输出电压(在引脚6)是二极管上的电压，因为引脚2的电压是0v，因为虚短的概念。由于运放由高输入阻抗组成，因此来自引脚2的电流将进入反馈回路，而不是进入运放内部。 |
| 设流过二极管的电流为If，流过电阻R的电流为I1，反馈中流过二极管的电压为Vf。因此，我们得到I1 = If = Vin/R在eq 2中代入值 |
| V = -η V [loge (If)- loge (Io)](-符号，因为二极管的n结与输出VO的电位相同) |
| V = -η V [loge (Vin/R)- loge (Io)] |
| V = -η V [loge (Vin/R Io)] eq 3 |
| 因此，从上面的方程，结果是输出电压与输入电压的对数成正比。 |
| 要将输出形式转换为以10为底的对数，则使用以下转换，数学计算的转换因子为0.434。这意味着如果在对数放大器之前使用衰减系数为0.434的衰减器，那么我们可以得到以10为底的对数的输出读数。具体电路如下图所示。这表明，使用以10为底的对数放大器与使用以e为底的对数放大器相比，输出更少。 |
一、跨二极管放大器: |
| 晶体管也可以作为一个二极管时，连接在放大器的公共基极配置。在给定的图中，已经显示底座连接到地，收集器也虚拟连接到地(因为引脚2和3通过虚拟短路概念连接到地)。在这里，集热器和底座连接到地面，因此它们彼此短路。 |
| 因此，集电极-基极结是短路的，晶体管相当于基极-发射极结，后者等于一个二极管，如下对方程所述。 |
| 输出电压表达式: |
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| 反式二极管放大器的输出电压与输入电压的自然对数成正比，反馈放大器的二极管也是如此。 |
稳定性问题 |
| 跨式二极管放大器有各种各样的问题，例如: |
| A.反向饱和电流与温度有关。因此，随着环境温度的变化，电流会持续变化，从而改变输出电压。 |
| B.还有其他与温度有关的项，就是VT，我们有VT = T/1160。 |
| C.由于输入偏置电流，输入偏置电压，输入噪声电压，也有很多误差。 |
| 然而，这些类型的误差可以通过使用温度补偿技术和使用mosfet输入电压的运算放大器来减少。 |
| D.反馈回路中由于有源增益元件(晶体管)的存在而产生的振荡也引起了一些类型的误差。 |
| 为了克服这个问题，有一种通过引入旁路电容和反馈电阻来消除振荡的电路。 |
解决方案 |
| 巴克豪森振荡判据: |
| 根据巴克豪森判据，只有且仅当满足这两个条件时，任何电路中才会发生振荡。这两个条件是: |
| A.电路(放大器)的增益和反馈因子的乘积应该等于1，即A.β = 1。 |
| B.另一个条件是关于相位角，即总相移应该等于360o，即输出和输入之间的总相位差是360o。 |
| 在跨极二极管放大器中，有时放大器的增益和反馈因子的乘积值等于1。在晶体管的情况下，作为一个二极管在反馈将表现为一个开关，将给予关闭或打开开关。闭合开关会给出增益为1(缓冲放大器)，通过这个增益与反馈因子(通常为1)乘积的条件给出有振荡的输出。 |
| 此外，关于输入和输出之间提供的总相位差的第二个条件也由跨极二极管放大器满足。与此一样，在所述逆变端设有输入的运算放大器。因此，输出端相对于放大器的输入端有1800的相位差。另一个相位差是通过反馈的方式提供的，因为反馈中有一个晶体管，它的输入在集电极上，输出连接到发射极(这里也有基极接地，这是常见的基极配置)。由于普通的基极放大器给出1800的相位输出，当一个交流电源提供给它在收集器和输出是在发射器。因此，在第一种情况下，相位差为1800，在第二种情况下，相位差为1800，所以总的来说，我们有总相位差为3600，从而满足了巴克豪森准则的第二个条件。 |
| 由于这两个条件都满足巴克豪森判据，跨极二极管放大器的输出将产生大量的振荡。 |
| 为了解决这个问题，考虑了由跨极二极管放大器、电阻和电容组成的电路。电容器与晶体管并联，电阻与晶体管串联。 |
| A.电容器的用途: |
| 电容器在电力网络领域的最初用途是作为电荷存储器件，其电荷存储速率高，电荷耗散速率低，意味着当晶体管处于关断状态时，电荷将存储在电容器中。 |
| 一般来说，电容器在电路中的主要作用是增加或减少从输入到输出的总相位差。电容器将一直带电荷，正负取决于在逆变端提供的输入。根据电容器的基本概念，如果一个特定的电荷存在于电容器的一个板上，那么相反的电荷将存在于另一个板上，提供额外的相移1800。因此，总相位船已经从3600到3600+-由电容器提供的相移(可能不是1800)。但是，由于总相移从3600变为更高或更低的值，因此巴克豪森准则不满足，振荡条件被拆除。 |
| B.抵抗的目的: |
| 在上述情况下，电阻被用作反馈部分。电阻通常是用来改变反馈因子的被动装置。在这种情况下，反馈因子与连接在电路发射器中的电阻有关，因为它向输入提供负反馈。从集电极区域到发射极区域的电流通过电阻，因此输出电压由于发射极电阻处的电压下降而降低。 |
| 一般在共基结构中，反馈是由发射极电阻引起的。反馈因子β与前面提到的电阻成反比，该电阻提供了一个负反馈 |
| β = 1/Re |
| 因为这里反馈因子由于阻力Re的存在而降低。在上述情况下，反馈因子通常为1或无穷大，现在它是一个有限的量。因此，巴克豪森判据的第二个条件不满足，因为这里放大器的增益与反馈因子的乘积不为1。因此，条件不满足。 |
| 通过上述观点，可以清楚地看到，通过引入这两个额外的成分，振荡的数量减少了。 |
| 在技术上，Re被称为发射极退变电阻，用于降低反馈因子，连接在晶体管并联中的电容器是导致反馈引线的反馈电容器。 |
实际的模拟 |
| 通过实际实验，对该系统进行了实施。在CRO中可以看到输出。该电路也在PS-PICE上实现，仿真图如下图所示。 |
| 这代表了ps-pice模拟器中普通跨极二极管放大器输出随时间变化的仿真图像(图4)。根据仿真和观测表的读数，发现由于电容和电阻的存在，第二电路中的振荡大大降低。通过上述读数和仿真表明，通过增加电路的方法减少了振荡，提高了输出的稳定性。 |
结论 |
| 通过对所提供的模拟和实际读数的研究，明确了反馈电容和电阻的作用对普通跨极二极管放大器输出端的振荡有很大的影响。可以清楚地看到，在由电容器和反馈电阻组成的电路中，振荡减少了 |
确认 |
| 作者要感谢所有在收集这篇论文的数据时给予他很大帮助的人。作者个人要感谢Vicky Chedda教授、Rupali Patil教授、HetalDoshi教授、sangeetakulkarnii教授和所有其他帮助他解决模拟问题的老师。特别感谢Mstr。AmbrishChaturvedi Mstr。Aditya Patil的真诚帮助。 |
数字一览 |
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参考文献 |
- D. Johns和K. Martin， â '  -模拟集成电路设计，â '  - John Wiley & Sons, 1997。
- M. Smith， â '  3采用单石子MESFET技术的0.5 ~ 4ghz真对数放大器，â '  IEEE Trans。微波TheoryTech。，vol. 36, pp. 1986–1990, Dec. 1988.
- 阿希亚里，贾annini, E. Limiti， â ' Â抛物线真对数放大器的理论与性能，â ' ——电路器件系统，卷。144年,没有。4，页223-228,1997年8月。
- 6.A. Garskamp， â ' Â带顺序限制放大器级的对数放大器，â ' Â，美国专利5 049 829,1991年9月17日。
- A. Woroncow和J. Croney， â ' Â使用双增益级的真正对数放大器，â ' Â无线电电子。Eng。，pp. 149–155, Sept. 1966.
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