Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Лекция 18. Обеспечение и стабилизация режима работыСодержание книги
Поиск на нашем сайте усилительного элемента по постоянному току (Занятие 2.1.2 ). Вопросы: 1. Режим работы усилительного элемента. 2. Цепи подачи смещения. 3. Стабилизация рабочей точки биполярных транзисторов.
Вопрос 1. Режим работы усилительного элемента.
Различают активный и ключевой режимы работы усилительного элемента (УЭ). Активный режим используется в АЭУ и соответствует определенному постоянному напряжению или току на управляющем электроде. Это постоянное напряжение называется смещением. Режим работы УЭ при отсутствии сигнала на его входе называют режимом по постоянному току. В некоторых учебниках этот режим называют статическим или режимом покоя. В этом случае в цепях УЭ протекают только постоянные составляющие токов, определяемые рабочей точкой или точкой покоя. Рабочая точка соответствует заданному смещению. При наличии U вх входного сигнала в цепях УЭ появляются переменные составляющие токов и напряжений, что соответствует режиму по переменному току. Последний различается на режим слабого сигнала (предварительные каскады), когда входной сигнал мал, и режим сильного сигнала (выходной каскад), когда на входе большая амплитуда усиливаемого сигнала. Режим сильного сигнала в свою очередь подразделяется на режимы А, В, АВ и С. В режиме А рабочая точка выбирается на середине линейного участка проходной характеристики. При этом ток выходной цепи протекает без отсечки (рис.1.1. а). Ток покоя I0 превышает амплитуду выходного тока Iтвых.
Рисунок 1.1 - Работа усилительного элемента: а – в режиме А; б – в режиме В
Преимуществом режима А является малый коэффициент нелинейных искажений, так как рабочая область характеристики располагается на линейном участке. Недостатком режима А является большой ток η = P вых / P 0, где P 0 = EI 0 - потребляемая мощность. В режиме В рабочая точка выбирается на изгибе проходной характеристики. Ток в выходной цепи существует в течение половины периода, т.е. в режиме В имеет место отсечка выходного тока (рис.1.1.б). При идеальном режиме В угол отсечки 90°. Ток покоя близок к нулю. Однако в действительности из-за нелинейной характеристики транзистора I о оказывается равным 8–10% Imax. Угол отсечки несколько превышает 90°. Преимуществом режима В является высокий кпд, недостатком - большой коэффициент нелинейных искажений. Режим В применяется в усилителях мощности по двухтактной или симметричной схеме. Режим С характеризуется углом отсечки меньше 90°, еще большим кпд. Он используется в радиопередающих устройствах. Ключевым режимом или режимом Д называют такой режим работы усилительного элемента, при котором он во время работы находится только в двух состояниях: в полностью закрытом, когда ток в его выходной цепи отсутствует, или полностью открытом, когда падение напряжения между выходными электродами близко к нулю. В режиме Д можно получить высокий КПД. Ключевой режим применяется в импульсных и цифровых устройствах.
Вопрос 2. Цепи подачи смещения.
Подача смещения может быть реализована с помощью дополнительного источника питания E см. Этот способ практически не используется, так как применение двух источников питания нерационально. Рассмотрим способы подачи смещения в каскадах на биполярных транзисторах. Для установления необходимого рабочего режима на базу р-n-р транзистора относительно эмиттера нужно подать небольшое отрицательное смещение (0,05-0,5 В). Это смещение желательно получить от источника E к, чтобы исключить второй источник питания.
Рисунок 2.1 - Схемы подачи смещения: а – фиксированным током; б – фиксированным напряжением.
Первый способ подачи смещения фиксированным током базы при помощи гасящего сопротивления R 1 показан на рис.2.1, а. R 1 и I б0 =Ек/ R 1. Этот постоянный ток является смещением. Если смещение необходимо выразить напряжением, то оно определяется как падение напряжения U см = I бо r эб . Схема проста (мало элементов), однако имеет следующий недостаток: при смене транзистора требуется индивидуальный подбор R 1. Кроме того, изменение обратного тока сильно влияет на режим работы. Смещение фиксированным напряжением (рис.2.1,б) достигается с помощью делителя R 1 R 2. Для того, чтобы В этом случае изменение Сопротивления R 1 и R 2 в такой схеме можно рассчитать по следующим формулам:
Этот способ не экономичен, однако находит широкое применение, так как
Вопрос 3. Стабилизация рабочей точки биполярных транзисторов.
Как известно, все параметры биполярного транзистора имеют сильную температурную зависимости. Если не предусмотреть специальные схемы стабилизации, то рабочая точка в зависимости от температуры будет передвигаться, что может привести к выходу ее за пределы рабочей области характеристики. Так, например, обратный ток коллектора в сильной степени зависит от окружающей температуры: где А - коэффициент, зависящий от технологии производства транзистора. При увеличении температуры на 10°С Коллекторная стабилизация в случае подачи смещения с помощью делителя объясняется следующим образом: I д = (Е- I к R н)/(R 1 + R 2); U см = I д R 2
Рисунок 3.1 - Схемы коллекторной стабилизации рабочей точки.
При повышении температуры увеличивается ток коллектора, следовательно, возрастает падение напряжения на сопротивлении нагрузки, вследствие чего уменьшается потенциал коллектора. Это приводит к уменьшению напряжения смещения, следовательно, к уменьшению тока коллектора. Более высокую стабильность рабочей точки обеспечивает наиболее распространенная схема эмиттерной стабилизации (рис. 3.2.). Напряжение смещения в этой схеме равняется
Рисунок 3.2 - Схема эмиттерной стабилизации рабочей точки
Стабильность рабочей точки повышается при использовании схемы комбинированной стабилизации (рис.3.3), в которой объединены оба рассмотренных способа. Коллекторная стабилизация рабочей точки в этой схеме обеспечивается за счет включения в цепь коллектора элементов развязывающего фильтра. При увеличении температуры увеличивается I к и падение напряжения I к R ф. Вследствие чего уменьшается потенциал точки 1, что приводит к уменьшению напряжения смещения. Следовательно, уменьшается ток коллектора, т.е. происходит стабилизация режима работы транзистора.
Рисунок 3.3 - Схема комбинированной стабилизации рабочей точки.
Когда требуется уменьшить нестабильность тока покоя, вызываемую лишь изменением температуры, используются схемы температурной стабилизации (рис.3.4). В принципиальной схеме усилителя с температурной стабилизацией, приведенной на рис. 3.4.а, в нижнем плече делителя устанавливается терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом. При повышении температуры его сопротивление падает, следовательно, уменьшается напряжение смещения, что вызывает уменьшение токов коллектора и эмиттера. Температурная стабилизация может быть осуществлена с помощью полупроводниковых диодов (рис.3.4.б). С повышением температуры возрастает обратный ток диода, следовательно, возрастает напряжение на сопротивлении
Рисунок 3.4 - Схемы температурной стабилизации: а – с помощью терморезистора; б – с помощью диода.
Лекция 19. Предварительные усилители напряжения (Занятие 2.1.3). Вопросы: 1. Общие сведения о предварительных усилителях. 2. Принципиальные схемы предварительных усилителей. 3. Эквивалентная схема усилителя. Методика анализа резисторного каскада предварительного усилителя.
Вопрос 1. Общие сведения о предварительных усилителях.
Предварительные каскады усиления предназначены для усиления тока или напряжения сигнала, создаваемого источником сигнала, до величины, необходимой для подачи на вход усилителя мощности. Предварительные усилители состоят из нескольких каскадов. Для уменьшения количества каскадов предварительного усилителя коэффициент усиления каждого каскада желательно иметь наибольшим. Для этого в каскадах предварительного усиления используют усилительные элементы с высоким коэффициентом усиления в режиме А. Вследствие малой амплитуды сигнала в цепях каскадов предварительного усиления расчет коэффициента усиления по току и по напряжению усиливаемого сигнала производят аналитически с использованием эквивалентных схем и малосигнальных параметров усилительных элементов. Транзисторы в каскадах предварительного усиления обычно включают с общим эмиттером и с общим истоком, так как при работе на входную цепь следующего каскада это дает возможность получить наибольшее усиление. В каскадах предварительного усиления находят широкое применение резистивные схемы на электронных лампах, полевых и биполярных транзисторах. Редко применяются трансформаторные схемы.
Вопрос.2. Принципиальные схемы предварительных усилителей.
В схеме на рис.2.1. цепь
Рисунок 2.1 - Предварительный каскад на полевом транзисторе
Сопротивление R 1 создает замыкание цепи затвора по постоянной составляющей. Так как ток в цепи затвора очень мал и составляет доли пикоампера, то в результате затвор имеет ту же постоянную составляющую потенциала, что и корпус усилителя. Исток имеет положительный потенциал относительно корпуса вследствие действия цепи автоматического смещения. Поэтому между затвором и истоком возникает необходимое отрицательное напряжение смещения. Сопротивление R 1 не должно быть слишком большим, но его нельзя выбирать и чересчур малым во избежание уменьшения переменного напряжения вследствие шунтирования сопротивления нагрузки. Сопротивление
Вопрос.3. Эквивалентная схема усилителя.
Любой усилительный элемент может быть представлен четырехполюсником, (рис.3.1) который характеризуется системой параметров у, z и h. В нашем курсе мы будем пользоваться системой у параметров.
Рисунок 3.1 - Линейный четырехполюсник.
В этом случае четырехполюсник описывается системой уравнений:
где
Таким образом, основные параметры усилительных элементов можно выразить через у - параметры четырехполюсника (рис.3.2.а). Входная и выходная проводимости усилительного элемента состоят из активных и реактивных составляющих:
Прямая проводимость определяется коэффициентом усиления БТ или крутизной проходной характеристики ПТ
Влиянием обратной проводимости на низких частотах пренебрегают, и эквивалентные схемы усилительного элемента входной и выходной цепей рассматривают отдельно (рис. 3.2,б и 3.2,в).
Рисунок 3.2 - Эквивалентная схема двойного усилительного элемента: а – полная; б – выходной цепи; в – входной цепи
Свойства и характеристики усилительного каскада зависят от свойств и параметров усилительного элемента, схемы межкаскадной связи, а также от параметров нагрузки. Определение свойств и характеристик усилителя (анализ) проводят по его эквивалентной схеме. Эквивалентная схема одного каскада усилителя, приведенная на рис.3.3, состоит из эквивалентной схемы выходной цепи усилительного элемента рассматриваемого каскада, элементов схемы межкаскадной связи и эквивалентной схемы входной цепи усилительного элемента следующего каскада.
Рисунок 3.3 - Эквивалентная схема резисторного усилителя.
Полная эквивалентная схема резистивного усилителя (рис.3.3) включает в себя, кроме выходной цепи, цепочку межкаскадной связи C 1 R 1, входную цепь следующего усилительного элемента В ламповых усилителях и усилителях на полевом транзисторе влиянием Емкость выходной цепи Емкость монтажа
Если просуммируем параллельно включенные емкости
Эквивалентная схема резистивного усилителя примет вид, изображенный на рис. 3.4, где Ri = R вых.
Рисунок 3.4 - Эквивалентная схема резистивного каскада на ПТ. Методика анализа резисторного каскада v предварительного усилителя. Анализ резисторного предварительного каскада проводится на основе эквивалентной схемы. При этом считается, что входное напряжение Uвх и тип транзистора заданы в технических условиях. Важным этапом анализа является составление эквивалентной схемы для анализируемого каскада. Этот вопрос подробно рассмотрен в предыдущем подразделе. Для упрощения анализа амплитудно-частотной характеристики разделяют на три частотных диапазона: средние, нижние и высокие частоты. По эквивалентной схеме определяют основной показатель - комплексный коэффициент усиления. К(j На нижних частотах основное влияние на АЧХ оказывает разделительная емкость С1. С уменьшением частоты емкостное сопротивлние, равное X с =1/ j На верхних частотах сопротивление C 0 уменьшается, увеличивается шунтирующее действие C 0, уменьшаются
Лекция 20. Анализ каскада предварительного усиления (Занятие 2.1.5). Вопросы: 1. Анализ резисторного каскада в области средних частот. 2. Анализ резисторного каскада в области высоких частот. 3. Анализ резисторного каскада в области низких частот. Вопрос 1. Анализ резисторного каскада в области средних частот.
Методика анализа резисторного каскада предварительного усиления рассмотрено в предыдущей лекции. Для упрощения математических выкладок анализ проводится отдельно на средних, высоких и нижних частотах. Проанализируем усилительный каскад на полевом транзисторе. Для этого каскада построим полную эквивалентную схему. В области средних частот влиянием всех емкостей можно пренебречь, так как сопротивление С1 близко к нулю, а сопротивление C 0 бесконечно большое. Поэтому эквивалентная схема для средних частот будет иметь вид, изображенный на рис.1.1.
Рисунок 1.1 - Эквивалентная схема резисторного каскада на СЧ.
Общая проводимость параллельно включенных цепей определяется выражением:
Коэффициент усиления на средних частотах является вещественным и определяется:
Для полевых транзисторов справедливы следующие соотношения:
Таким образом, коэффициент усиления на средних частотах определяется произведением крутизны усилительного элемента S сопротивления
Вопрос 2. Анализ резисторного усилителя на высоких частотах.
В области высоких частот емкостное сопротивление 1/ jωC 1 конденсатора С1 становится еще меньше, чем в области средних частот, поэтому его можно по-прежнему заменить коротким замыканием. Однако в области высоких частот надо учитывать влияние емкостей С учетом вышесказанного эквивалентная схема резистивного усилителя в области верхних частот примет вид, изображенный на рис.2.1
Рисунок 2.1 - Эквивалентная схема резисторного каскада в области ВЧ.
По эквивалентной схеме (рис.2.1) определим выходное напряжение и комплексный коэффициент усиления
где τ в =С0 R - постоянная времени в области ВЧ. Модуль коэффициента усиления на верхних частотах определяется выражением:
и представляет собой частотную характеристику усилителя в области верхних частот (рис.2.2).
Рисунок 2.2 - АЧХ в области ВЧ при различных значениях С0.
С увеличением частоты Найдем верхнюю граничную частоту усилителя, на которой модуль коэффициента усиления
Из выражения (2.2) следует, что
Рисунок 2.3 - АЧХ в области ВЧ при различных значениях Rн.
Рассмотрим фазовый сдвиг, создаваемый усилителем в области верхних частот. Чтобы определить его, представим
Тангенс угла фазового сдвига равен отношению мнимой части к
С увеличением частоты т. е. верхней пороговой частоте соответствует фазовый сдвиг, равный - 45° (см. рис.2.4.).
Рисунок 2.4 - ФЧХ в области ВЧ.
Очевидно, при этой частоте модуль емкостной проводимости Выражая
Коэффициент частотных искажений на верхней граничной частоте определяется
Если заданы
Таким образом, сопротивление нагрузки рассчитывается из необходимости удовлетворения основных технических условий усилителя в области верхних частот.
Вопрос 3. Анализ резисторного каскада в области нижних частот.
В области низких частот проводимость
Рисунок 3.1 - Эквивалентные схемы усилителя в области НЧ: а – с генератором тока; б – с генератором ЭДС.
Для упрощения дальнейших выкладок преобразуем эквивалентную схему с генератором тока в эквивалентную схему с генератором ЭДС (рис.3.1,б), где R э = RiR н /(Ri + R н), E = SU вх R э Ток и напряжение в выходной цепи:
Комплексный коэффициент усиления в области низких частот соответственно определяется:
где
Определим модуль комплексного коэффициента усиления в области низких частот В соответствии (3.1) построим график АЧХ на нижних частотах, рис.3.2.
Рисунок 3.2 - АЧХ в области НЧ при различных значениях разделительной емкости Анализируя выражение (рис.3.2), приходим к выводу, что частотная характеристика в области низких частот определяется в основном значением разделительной емкости С1. Для нахождения нижней граничной частоты приравниваем выражение (3.1) к значению
Для расширения полосы пропускания усилителя в сторону низких частот необходимо увеличивать постоянную времени Рассмотрим фазовый сдвиг
По мере понижения частоты фазовый сдвиг При
Рисунок 3.3 - ФЧХ в области НЧ.
Выражая
Зависимость фазового сдвига Коэффициент частотных искажений на нижней граничной частоте
Решая выражение 3.2 относительно
Следовательно, разделительная емкость С1 рассчитывается из необходимости удовлетворения основных технических требований к усилителю в области низких частот.
|
|||
|
Последнее изменение этой страницы: 2021-04-12; просмотров: 601; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 216.73.217.21 (0.011 с.) |