книги / Физические основы электроники
..pdfСхему с общим коллектором можно рассматривать как схему с общим эмиттером и глубокой 100%-ной последова тельной отрицательной обратной связью по напряжению, ко торая уменьшает коэффициент усиления напряжения каскада
иего коэффициент гармоник, увеличивает входное сопротив ление транзистора, уменьшает его выходное сопротивление и изменяет эти сопротивления при изменении сопротивления на грузки и источника сигнала.
Входное сопротивление в схеме с общим коллектором по рядка десятков и сотен килоом. Выходное сопротивление мало
исоставляет лишь десятки или сотни ом.
Коэффициент усиления по мощности в эмиттерном по вторителе несколько меньше коэффициента усиления по току
КР = К1Ки.
Данная схема применяется для согласования сопротивле ний между отдельными каскадами усилителя и между выхо дом усилителя и низкоомной нагрузкой.
5.5. Динамические характеристики
усилительного каскада
При анализе работы транзисторных каскадов, кроме ста тических характеристик транзистора, находят применение вы ходные, входные и сквозные динамические характеристики.
Ш
Динамической характеристикой усилительного каскада на зывают зависимость между мгновенными значениями напря жений и токов его цепей при нагруженной выходной цепи.
Динамическую характеристику, построенную для сопро тивления, равного сопротивлению нагрузки каскада перемен ному току R~, называют динамической характеристикой пе ременного тока.
Характеристику, построенную для сопротивления, равно го сопротивлению в выходной цепи транзистора для постоян ного тока, называют динамической характеристикой посто янного тока.
При расчете транзисторных каскадов в основном пользу ются динамическими характеристиками переменного тока.
Выходная динамическая характеристика. Эту характери стику строят на семействе выходных статических характери стик транзистора. Так как она представляет собой прямую линию, ее нередко называют нагрузочной прямой или линией нагрузки.
Рассмотрим построение нагрузочной прямой для мало мощного транзистора, включенного по схеме с общим эмитте ром и работающего в режиме А .
У каскада, работающего в режиме А , выходная дина мическая характеристика переменного тока проходит через точку покоя О (рис. 5.11).
Поэтому для построения указанной динамической харак теристики достаточно найти точку ее пересечения М с гори зонтальной осью. Для нахождения точки М на горизонталь ной оси откладываем вправо от напряжения покоя t/юо отре зок, равный I x0 Rx~. Проведенная через точки М и О прямая
является нагрузочной прямой переменного тока.
Выходную динамическую характеристику переменного тока используют для определения отдаваемой каскадом мощ ности, амплитуды переменной составляющей выходного тока и напряжения и для построения входной и сквозной динами ческих характеристик.
Входная динамическая характеристика. Входную дина мическую характеристику переменного тока (рис. 5.12) строят на семействе входных статических характеристик транзисто ра. Построение выполняется путем переноса точек пересече ния нагрузочной прямой со статическими выходными харак теристиками транзистора на семейство входных статических
характеристик. По вход |
1 UО*А) |
|||
ной динамической хара |
||||
ктеристике |
каскада на |
|
||
ходят |
амплитуду |
пере |
|
|
менной составляющей |
|
|||
тока и напряжения вход |
|
|||
ного сигнала и необхо |
|
|||
димую |
входную |
мощ |
|
|
ность |
сигнала, а |
также |
|
|
строят сквозную динами |
|
|||
ческую характеристику. |
|
|||
В |
справочных |
дан |
|
|
ных обычно даются ста |
|
|||
тические входные харак |
0,4 Vtr9 |
|||
теристики |
только |
для |
|
|
напряжений |
на коллек- |
|
||
У////////////,/////////////////////////////////////////////////,
Рис. 5.12
и б*
торе 0 или 5 вольт, по этому вместо входной динамической характери стики используют вход ную статическую харак теристику для напряже ний на коллекторе 5 вольт, перенеся на нее точки пересечения нагру зочной прямой со стати-
0,2 в,и о,8 ческими выходными ха-
Uucm,c(jz/f (В) рактеристиками транзи стора.
Сквозная динамическая характеристика. Сквозную дина мическую характеристику переменного тока, представляю щую собой зависимость выходного тока от ЭДС источника сигнала (рис. 5.13), используют для расчета коэффициента гармоник транзисторного каскада.
Для ее построения вычисляют для точек пересечения на грузочной прямой со статическими выходными характери стиками значения ЭДС источника сигнала t /ист входной цепи по выражению
t /ист = t /вх + /вх Ли, |
(5.40) |
где Ли — внутреннее сопротивление источника сигнала пере менному току, равное выходному сопротивлению предыдуще го каскада для переменного тока; Un и /вх — входное напря жение и входной ток для точек пересечения.
Значение / Вх определяют по семейству статических выход ных характеристик, значение t/вх находят по входной дина мической или статической характеристике. Вычислив [/ист.сиг и выписав /вых для взятых точек пересечения, строят зависи мость /вых от t /нет, представляющую собой сквозную динами ческую характеристику (см. рис. 5.13).
Для расчета коэффициента гармоник транзисторного кас када К г применяют метод 5-ти ординат, для чего две крайние
точки сквозной динамической характеристики, соответствую щие минимальному и максимальному значениям тока Ашн и /макс, проектируют на горизонтальную ось (отрезок а—д). Раз делив этот отрезок на четыре равные части, находят токи h , /о, Л, соответствующие точкам б, в, г. Найденная величина тока /о является уточненным значением тока покоя каскада.
После этого вычисляют первую, вторую, третью, четвер тую гармоники выходного тока и его среднее значение по со ответствующим формулам:
|
г |
_ -^макс |
^мин |
|
|
(5.41) |
|
/т |
|
|
|
||
|
j |
_ -^макс ^мин |
2 / 0 |
_ |
(5.42) |
|
|
h m |
4 |
|
- |
||
|
Г |
— -^макс |
^мнн |
2 (/, |
12) |
(5.43) |
|
1 гт |
|
7 |
|
> |
|
т |
- ^макс + Лдш ~ 4(/| |
+ / 2) + 6 /0 |
(5.44) |
|||
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ср |
■^макс |
-^мии |
|
|
(5.45) |
|
|
|
|
|
||
6
Правильность вычислений найденных токов можно про верить по выражению
hm + 12т + h т + ^4т + -^Р “ |
(5.46) |
Коэффициент гармоник однотактного каскада, работаю щего в режиме В, определяется по формуле
_ ^2т |
+11т |
Кг = |
(5.47) |
L1/Я
Коэффициент гармоник двухтактного каскада, работаю щего в режиме А, — по формуле
к - hhmj +IL + М
(5.48)
где b — коэффициент асимметрии двухтактного каскада. Для двухтактной схемы с общим эмиттером при разнице
Й21э не более 30 % значение b = 0,1-0,5. В этом случае нет ста билизирующего резистора R э в эмиттерной цепи. Если это со противление имеется, то значение Ъбудет в 2-3 раза меньше.
5.6.Усилители напряжения
срезисторно-емкостной связью
Различают несколько видов межкаскадных связей усили телей: гальваническая, резисторно-емкостная, трансформатор ная, дроссельная и комбинированная. В зависимости от вида межкаскадной связи производят и классификацию усилителей.
Наиболее широкое применение нашли усилители с рези сторно-емкостной связью, которая дает следующие преиму щества: хорошие частотно-фазовая и переходная характери стики, малые размеры, масса и стоимость, нечувствитель ность к внешним переменным магнитным полям, малое по требление питающей энергии. К недостаткам следует отнести: меньший коэффициент усиления, чем у трансформаторного и дроссельного каскадов, и низкий КПД, из-за чего резистор ный каскад не применяют для мощного усиления.
Питание цепей транзисторов и стабилизация рабочей точ ки. Питание цепей коллектора в транзисторных усилителях обычно осуществляют от общего источника посто янного тока, к которому параллельно подключа ют питаемые цепи. Для устранения паразитных межкаскадных связей че рез общий источник пи тания применяют развя
зывающие фильтры.
Y /////// / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / M
Рис. 5.14
Для установления необходимого режима работы на базу транзис тора относительно эмит тера подают неболь шое отрицательное сме щение (0,05-0,5 В) в зависимости от типа транзистора и режима его работы. Это смеще ние желательно полу чить от источника кол
лекторного питания, так как для питания усилителя потребу ется лишь один источник.
Рассмотрим простейшие способы подачи смещения во входную цепь транзистора.
На рис. 5.14 представлен способ, называемый смещением фиксированным током базы. Допускает изменение t = 10-20 °С. R\ во много раз больше сопротивления транзистора между базой и общим проводом. Ток ho определяется Ri и ЕК. Не применяют для серий
ной аппаратуры. R\ подбирают для кон кретного транзистора.
На рис. 5.15 пода ча смещения на базу производится фикси рованным напряжени ем база—эмиттер. Со противление делителя желательно иметь мень ше сопротивления уча стка база—общий про-
Рис. 5.16
вод постоянному току. Дает хорошие результа ты при t = 20-30 °С. До полнительный расход энергии через делитель. Такой способ смещения мало критичен к замене транзисторов.
На рис. 5.16 смеще ние на базе задается фик сированным током эмит тера. Лэ — гасящее со
противление в цепи эмиттера. Оно должно быть намного больше сопротивления участка эмиттер—общий провод по стоянному току.
Транзисторный каскад сохраняет работоспособность и имеет расчетные свойства лишь в том случае, если ток покоя выходной цепи не выходит за определенные пределы.
Стабилизация тока покоя или стабилизация рабочей точ ки наиболее широко применяется с использованием отрица тельной обратной связи по постоянному току.
На схеме рис. 5.17 отрицательная обратная связь снимает ся с коллектора. К сопротивлению R\ приложена разность напряжения источника питания Ек и падения напряжения на сопротивлении нагрузки R K:
EK= U R%+ U ^ |
(5.49) |
URi= E K- U R' . |
(5.50) |
Если почему-либо ток покоя выходной цепи стремится во зрасти, падение напряжения на нагрузке увеличивается, на пряжение на Ri уменьшается и ток смещения базы падает.
Коллекторная стабилизация наиболее проста и экономич на, но удовлетворительно действует лишь при большом паде нии питающего напряжения на нагрузке (0,5 Ек и выше).
При подаче смещения параллельно источнику сигнала и включении транзистора с общим эмиттером усиление каскада
и его выходное сопротив ление снижаются из-за об ратного прохождения уси ленного сигнала через R\ во входную цепь. Отрицатель ная обратная связь дейст вует по переменному току. Для устранения этого Ri де лится на две части, между которыми и общим про водом включают блоки ровочный конденсатор С
достаточно большой емкости (рис. 5.18).
Более высокую стабильность рабочей точки обеспечивает наиболее распространенная схема эмитгерной стабилизации (рис. 5.19). Стабилизация режима в схеме осуществляется от рицательной обратной связью, получаемой за счет введения в
провод эмиттера сопротивления R3. Смещение между базой и эмиттером равно разности напряжения, снимаемого с делите ля Ri, i?2 и падения напряжения на R 3, пропорционально току эмиттера.
Стабильность тем боль ше, чем больше R 3 и мень ше R\ и Ri. Очень малень кими Ri и Ri брать нельзя, a R3слишком большим, так как UK3будет малым.
При возрастании тока покоя коллектора Ло ток покоя эмиттера 13о также растет, увеличивается па дение напряжения на R 3,
Рис. 5.19
у/////////////////////////////////////////////////////////////////.
что уменьшает напряжение смещения между ба зой и эмиттером, тем самым запирая транзи стор и не давая току по коя заметно возрасти. Чтобы включение R3 не снизило усиление каска да, параллельно R 3 вклю чают конденсатор С3дос таточной емкости, прак тически закорачивающий R 3для токов сигнала.
Еще более высокую стабильность точки покоя дает схема комбинированной ста билизации (рис. 5.20). В этой схеме объединены два предыду щих способа включения отрицательной обратной связи. Вве дение фильтра дает комбинированную отрицательную обрат ную связь.
Рис. 5.21 '//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////,