Резистивный каскад на полевом транзисторе.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

1 Следует обратить внимание на то, что напряжения сигнала на входе и на выходе каскада сдвинуты между собой по фазе на 180°, т. е. находятся в противофазе. Это означает, что рассматриваемый каскад, не нарушая закон изменения сигнала (в нашем частотном случае сигнал изменяется по синусо­идальному закону), в то же время поворачивает его фазу на 180°.

Схема, приведенная на рис. 13.2, получила название схемы с фикси­рованным базовым током. Смеще­ние фиксированным током базы от­личается минимальным числом де­талей и малым потреблением тока от источника питания. Кроме того, сравнительно большое сопротивле­ние резистора R_Б (десятки килоом) практически не влияет на величи­ну входного сопротивления каска­да. Однако этот способ смещения пригоден лишь тогда, когда каскад работает при малых колебаниях температуры транзистора. Кроме того, большой разброс и неста­бильность параметра β даже у однотипных транзисторов делают режим работы каскада весьма неустойчивым при смене транзисто­ра, а также с течением времени.

Более эффективной является схема с фиксированным напряже­нием смещения на базе (рис. 13.4). В этой схеме резисторы  и , подключенные параллельно источнику питания Е_К, состав­ляют делитель напряжения. Сопротивления делителя определяются из очевидных соотношений:

                                          (13.2)

Ток делителя /_д обычно выбирают в пределах

I_Д ≈ (2 ÷ 5)I_Бр                                              (13.4)

При этом повышается стабильность режима работы схемы, так как изменения тока в цепях эмиттера и коллектора транзистора незначительно влияют на величину напряжения смещения. Вместе с тем ток делителя не следует выбирать слишком большим из сооб­ражений экономичности, так как чем больше ток I_Д, тем более мощ­ным должен быть источник питания Е_К.

Из схемы, приведенной на рис. 13.4, видно, что сопротивление  делителя включено параллельно входному сопротивлению транзистора. Кроме того, пренебрегая малым внутренним сопро­тивлением источника питания, можно считать, что  и  включе­ны параллельно друг другу. Поэтому необходимо, чтобы

                                          (13.5)

т. е. делитель, образованный резисторами  и , должен обла­дать достаточно большим сопротивлением (порядка нескольких килоом). В противном случае входное сопротивление каскада ока­жется недопустимо малым.

Рис. 13.5. Схема термостабилизации режима транзисторного каскада:

а – с терморезистором; б – с диодом; в – с цепочкой эмиттерной стабилизации R_ЭC_Э

При построении схем транзисторных усилителей приходится принимать меры для стабилизации положения рабочей точки на характеристиках. Основной дестабилизирующий фактор, нарушаю­щий устойчивую работу транзисторной схемы,— влияние темпера­туры. Существуют различные способы термостабилизации режима работы транзисторных каскадов. Наиболее распространенные из них реализуются с помощью схем, показанных на рис. 13.5.

В схеме на рис. 13.5, а терморезистор с отрицательным темпе­ратурным коэффициентом сопротивления включен в базовую цепь транзистора таким образом, что при повышении температуры про­исходит уменьшение отрицательного напряжения на базе за счет уменьшения сопротивления терморезистора. При этом происхо­дит уменьшение тока базы, а следовательно, и тока коллектора. В результате увеличение коллекторного тока, вызванное влиянием температуры, компенсируется его уменьшением за счет действия термозависимого смещения, т. е. общее приращение тока коллектора будет незначительным.

Одна из возможных схем термостабилизации режима транзис­тора с помощью полупроводникового диода показана на рис. 13.5,6. В этой схеме диод включен в обратном направлении, а температур­ная характеристика обратного тока диода должна быть аналогична температурной характеристике обратного тока коллектора приме­няемого транзистора. Реализовать эту возможность, однако, удается только для одного транзистора данного типа. При смене транзистора стабильность, как правило, ухудшается из-за разброса величины обратного тока коллектора (напомним, что обратный ток коллек­тора в наибольшей степени подвержен влиянию температуры).

    Наибольшее распространение получила схема термостабилиза­ции режима, приведенная на рис. 13.5, в. В этой схеме навстречу фиксированному прямому напряжению смещения, снимаемому с резистора , включено напряжение, возникающее на резисторе R_Э при прохождении через него тока эмиттера.

Пусть по какой-либо причине, например при увеличении тем­пературы, постоянная составляющая коллекторного тока возрастает. Так как I_Э = I_K + I_Б, то увеличение тока I_K приведет к увеличению тока эмиттера I_Э и падению напряжения на рези­сторе R_Э. В результате напряжение между эмиттером и базой U_БЭ уменьшится, что приведет к уменьшению тока базы I_Б, а следовательно, и тока I_K. Наоборот, если по какой-либо причине коллекторный ток уменьшится, то уменьшится и напряжение на резисторе R_Э, а прямое напряжение U_БЭ возрастет. При этом увеличится ток базы и ток коллектора.

В большинстве случаев резистор R_Э шунтируется конденсато­ром С_Э достаточно большой емкости (порядка десятков микрофа­рад). Это делается для отвода переменной составляющей тока эмиттера от резистора R_Э Наиболее важные показатели, характеризующие работу усили­тельного каскада, могут быть определены графическим или анали­тическим путем.

При графическом расчете усилителя в режиме малого сигнала необходимо построить нагрузочную прямую в семействе выходных статических, характеристик транзистора, а также воспользоваться статической входной характеристикой, снятой (в случае схемы с общим эмиттером) при U_КЭ ≠ 0. Так, например, пользуясь по­строениями, приведенными на рис. 13.3, можно определить сле­дующие величины:

входное сопротивление

                                          (13.6)

Коэффициент усиления по напряжению

где

(13.7)

                                   (13.8)

Коэффициент усиления по току

                                      (13.9)

Коэффициент усиления по мощности

                                            (13.10)

Для определения параметров усилительного каскада аналити­ческим методом следует воспользоваться его эквивалентной- схе­мой, представленной в виде четырехполюсника (рис. 13.6).

Под сопротивлением R_H понимают результирующую нагрузку транзистора для переменной составляющей коллекторного тока. Практически она состоит из параллельно соединенных сопротив­лений: R_K данного каскада и R_BX._сл последующего каскада:

                                           (13.11)

Как было показано в параграфе 7.7, для четырехполюсника можно записать следующую систему уравнений, связывающих между собой входные и выходные токи и напряжения:

                                 (13.12)

Но из схемы, приведенной на рис. 13.6, следует, что

                                           (13.13)

Знак «минус» в последнем выражении отражает тот факт, что напряжение на выходе каскада отличается по фазе от входного напряжения на 180°.

Решая совместно системы уравнений (13.12) и (13.13), можно получить для расчета основных параметров усилителя необходи­мые формулы, которые оказываются пригодными для любой схемы включения транзистора

Обозначая h₁₁h₂₂ – h₁₂h₂₁ = h получим

                                              (13.14)

                                          (13.15)

                                        (13.16)

                                              (13.17)

Анализ уравнений (13.15), (13.16) и (13.17) показывает, что коэффициенты усиления резистивного каскада на транзисторе за висят от сопротивления нагрузки так, как это изображено на рис. 13.7. Из приведенных кривых видно, что для получения мак­симального усиления по мощности необходимо выбрать вполне определенное оптимальное сопротивление нагрузки транзистора. Его величина может быть найдена по следующей приближенной формуле:

                                                     (13.18)

Практически в предварительных каскадах резистивных усилите­лей не ставится задача максимального усиления мощности входных сигналов. Поэтому обычно в таких каскадах R_H << R_H.OPT. В этом случае расчетные формулы упрощаются и приобретают следующий вид:

                                                           (13.19)

                                                           (13.20)

                                                 (13.21)

                                                            03.22)

Полевые транзи­сторы применяются в трех схемах включения (рис. 13.8): с общим истоком (ОИ), с общим затвором (ОЗ) и с общим стоком (OС). Основным и наиболее распространенным является каскад с общим истоком. Принципиальная схема такого каскада приведена на рис. 13.9. Резистор R_C в цепи стока выполняет функцию сопро­тивления нагрузки усилителя, цепочка R_ИС_И в цепи истока служит для получения напряжения автоматического смещения и вы­бора рабочей точки на стоко-затворной характеристике полевого транзистора (рис. 7.24). Резистор R_З в цепи затвора позволяет подать постоянное напряжение смещения на участок затвор — исток. Что же касается разделительных конденсаторов С_Р1 и С_Р2, то их назначение ничем не отличается от аналогичных элементов в схеме на биполярном транзисторе (см. рис. 13.4).

Познавательные статьи:



Техника нижней прямой подачи мяча

Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса

Стандарт Порядок надевания противочумного костюма

Общеразвивающие упражнения без предметов