![]() Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Каскады предварительного усиления
Каскад с ОЭ В каскадах предварительного усиления на биполярных транзисторах чаще других используется схема с общим эмиттером, которая обладает высоким коэффициентом усиления по мощности. В простейшей схеме усилительного каскада с ОЭ с одним источником питания (рис. 1.16) коллектор транзистора подключен через резистор Rк к источнику питания Ек, входной сигнал подается на базу транзистора относительно общей точки. Выходной сигнал снимается с коллектора, относительно той же заземленной точки.
Для нормальной работы любого усилителя необходимо при отсутствии входного сигнала установить определенные токи и напряжения на транзисторе. Этот режим называют статическим или режимом покоя усилительного каскада. Постоянные токи и напряжения в цепях усилительного элемента (УЭ), соответствующие этому режиму называют токами и напряжениями покоя. Они определяют на входных и выходных статических характеристиках УЭ точку покоя (ТП). На рис. 6.17 показана работа каскада усиления при неправильно выбранной рабочей точке покоя.
Цепь протекания постоянных токов в этой схеме: 1) ток эмиттера Iэп протекает по цепи общий провод, «эмиттер – база» транзистора, затем разделяется на ток базы Iбп и ток коллектора Ikп; 2) Iбп протекает через резистор Rб и источник питания Ек; 3) ток коллектора Ikп протекает через КП транзистора, резистор Rк и источник питания Ек. Приведенная схема получила название схемы с фиксированным током базы. Схема с фиксированным током базы отличается минимальным числом деталей и малым потреблением тока от источника питания. Кроме того, большое сопротивление Rб (десятки килоом) практически не влияет на величину входного сопротивления каскада. Но этот способ смещения пригоден лишь тогда, когда каскад работает при малых колебаниях температуры. Кроме того, большой разброс и нестабильность коэффициента передачи (β) даже у однотипных транзисторов делают режим работы каскада весьма не устойчивым при замене транзистора. Более эффективной является схема с фиксированным напряжением смещения на базе (рис. 6.18). В этой схеме резисторы R1 и R2, подключенные параллельно источнику питания Ек, составляют делитель напряжения. Сопротивления делителя определяется из соотношений:
![]() ![]() Ток делителя (Iд) обычно выбирают в пределах:
При введении делителя повышается стабильность режима работы схемы, так как изменения тока в цепях эмиттера и коллектора транзистора незначительно влияют на величину напряжения смещения (Uбэп). Вместе с тем ток делителя не следует выбирать слишком большим из соображений экономичности, поскольку чем больше ток Iд тем более мощным должен быть источник питания (Eк). Так как внутреннее сопротивление источника питания мало, можно считать, что R1 и R2 включены параллельно друг другу и параллельно входному сопротивлению транзистора по переменному току. Поэтому необходимо, чтобы
То есть делитель, образованный резисторами R1 и R2 должен обладать достаточно большим сопротивлением (приблизительно несколько килоом). Иначе входное сопротивление каскада окажется очень малым. В зависимости от режима работы усилителя по постоянному току и значения входного усиливаемого сигнала различают следующие классы (или режимы) усиления: А, В, АВ, С, Д. Режим А – это режим работы транзистора, при котором ток через него протекает в течение всего периода входного сигнала. В режиме А амплитуда переменной составляющей выходного тока не может превышать тока покоя в статическом режиме. Он характеризуется малыми нелинейными искажениями и низким КПД, поэтому его используют в КПУ и маломощных выходных каскадах (рис. 6.19, б). В режиме В (рис. 6.19, в) ток через транзистор протекает в течение половины периода входного синусоидального сигнала, а при отсутствии входного сигнала он равен нулю. Обычно этот режим используют в двухтактных схемах усилителей (в однотактных большие нелинейные искажения). Для уменьшения уровня нелинейных искажений используют промежуточный режим АВ, который отличается от режима В наличием постоянной составляющей в статическом режиме (обычно 5 - 10 % от максимального тока при заданном входном сигнале). Режим АВ также используется в двухтактных схемах (рис. 6.19, в, штриховая линия). В режиме Сток через транзистор протекает в течение промежутка времени, меньшего половины периода входного сигнала. Этот режим используется в мощных резонансных усилителях, в которых нагрузкой является колебательный контур (рис. 6.19, г).
Таким образом, при отсутствии переменного сигнала на входе усилителя в цепи коллектора протекает постоянный ток (Iкп). Для выходной цепи источника питания Ек можно записать: Uкэп = Ек – IrпRк. Так как напряжение источника питания постоянно, то это равенство выполняется при любых мгновенных значениях тока коллектора (iк): Uкэ = Ек – iкRк Последнее уравнение называют уравнением линии нагрузки по постоянному току. Линию нагрузки проводят на семействе выходных характеристики транзистор с ОЭ между точками с координатами: Uкэ = 0; Ik = 0; Uкэ = Ек. Точка покоя (А) определится, как пересечение линии нагрузки с характеристикой, соответствующей базовому току покоя Iбп (рис. 6.20). Точка покоя базовой цепи находится на входной характеристике iб = f(uбэ) и имеет координаты (Uбэп, Iбп) (рис. 6.20). Разрешенная область надежной работы транзистора (рис. 6.21) ограничивается максимально допустимыми током коллектора (Iк max), напряжением (Uкэ max) и рассеиваемой мощностью (Pк max). Режим транзистора по постоянному току выбирают так, чтобы под действием максимального входного сигнала ни один из этих параметров не был превышен даже на короткое время. Линия нагрузки (рис. 6.21) ограничивается точками 1 и 2. За пределами участка 1 – 2 процесс усиления сопровождается значительными нелинейными искажениями. Выше точки 1 наступает насыщение транзистора, и он перестает управляться током базы. Ниже точки 2 транзистор оказывается в режиме отсечки, т.е. также перестает управляться.
Ранее было показано, что изменение температуры вызывает изменение параметров транзистора, в результате чего изменяются его характеристики. Таким образом, при изменении температуры изменяется положение рабочей точки покоя относительно ее первоначального положения, а следовательно, изменяется режим работы транзистора. Большие изменения тока коллектора покоя могут привести к существенным нелинейным искажениям. Поэтому в практических схемах применяются меры для стабилизации режима покоя.
Rб Стабилизация режима покоя происходит следующим образом: при повышении температуры увеличиваются токи Iбп и Iкп, что приводит к изменению потенциала коллектора Uкэп = Ек – (Iбп + Iкп) Rк, а следовательно, и тока базы, и тока коллектора: Iбп = Схема коллекторной температурной стабилизации проста, но имеет ограниченное применение из-за следующего недостатка. Наличие нежелательной ООС по переменному току через резистор Rб, уменьшает входное сопротивление и коэффициент усиления, поэтому эффективность стабилизации будет тем выше, чем больше сопротивление Rк, а это требует увеличения напряжения источника питания (Ек). Более эффективной является схема усилительного каскада с ООС по постоянному току (схема с эмиттерной температурной стабилизацией), которая сохраняет работоспособность при колебаниях температуры на (70...100) ○С (рис. 6.23).
Сопротивление резисторов R1, R2 и Rэ обычно рассчитывают в следующей последовательности: 1) определяют сопротивление резистора Rэ = (0,1...0,3) 2) затем, задаваясь значением тока делителя Iд = (2...5) Iбп, определяют сопротивления резисторов:
Уравнение нагрузочной прямой в этом случае имеет вид:
При жестких требованиях к температурной стабильности каскадов усиления применяют ООС как по напряжению, так и по току (комбинированную ОС). |
|||||
Последнее изменение этой страницы: 2018-04-12; просмотров: 644. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |