Усилительные устройства, страница 2

Общие сведения о нелинейных искажениях можно получить на основании амплитудной с'с вых пап ирс1 ~А'„~ хара кте р и сти к и усилителя ~рис.2.3). При слабых сигналах ~ вх,„ она достаточно линейна, а при их росте начинает искривлятьРис.2.3 ся, так как все более проявляют себя нелинейные элементы. Угол наклона амплитудной характеристики к оси абсцисс характеризует коэффициент усиления, в частности, если амплитудная характеристика построена по напряжению, как на рис.2.3, то этот угол сеть агс~Х~К„~. Амплитудная характеристика может быть Иногда о линейных свойствах усилителя судят по относительной разнице коэффициентов усиления при минимальном и максимальном сигналах, вводя понятие коэффициента нелинейности К„: ~2.11) (к„) Вопросы для самоконтроля 4'. Ка~ определяются такие параметры усилителя, как коэффициент усиления по напряжению, по ЭДС, по току, по мощности? 4. Как строятся амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики усилителя? Их параметры? 4.

Как строится переходная характеристика усилителя? Ее параметры? 4. Как выглядит амплитудная характеристика усилителя'? 4. Что такое динамический диапазон сигнала'? Его возможные измене- Как видим, полная входная проводимость состоит из двух слагае— обямых — статической проводимости );, и динамической — . - ., о я- У„+ У„ занной своим появлением внутренней обратной связи ~)'„) и реакции нагрузки ~ У„~ ). Специальным подбором параметров, входящих в уравнение ~3.10), можно изменять величину и характер полной входной проводимости. Например, при ӄ— > О, К„=~К„~с", Уп = ~иС, можно получить =-/ссСп~К„~, т.е. увеличенную в ~К„~ раз по сравнению с ВХ полн входную емкость, к тому же электронно регулируемую за счет изменения )К„!. Пр 1'„О, 1'„~0,)'„. 12, — 1'„У~, е', У, — ~оС'„, можно получить Тогда коэффициент усиления по току 1'„ (3.12) ~нс ( 22 н) Ох вх а коэффициент усиления по мощности К,="=- с К„К,.

=К„' ".". ~3.13) ~с )нх оопп Приведенные расчетные формулы применимы для любого линейного активного четырехполюсника, если известны его У-параметры. Практически У -параметры бывают известны для отдельных активных приборов — ламп„транзисторов, микросхем и т.п., и расчеты сложных усилительных устройств выполняются покаскадно с дальнейшим нахождением параметров многокаскадных усилителей. В отдельном каскаде активный трехполюсный прибор может быть включен тремя основными способами, при которых один из электродов ~~г~ ~ С„ является общим для входа и выхода.

4. ТРЕХПОЛЮСНЫЕ АКТИВНЫЕ ПРИБОРЫ личном характере перемеще- Как видно из схемы, транзистор представляется зависимым генератором ния носителей в области базы тока, управляемым внутренним напряжением ц ., при 1 ПФУ (дифф зионный, д ейфовый) р ф внутри области базы, не доступная для каких-либо внешних подключений. в диапазоне частот до , остоинством схемы на рис 4! а является частотная независи 4.1. У - параметры биполярных и нолевых транзисторов Основными активными приборами современных усилительных устройств являются биполярные и полевые транзисторы (рис.4.1). Очень редко и только в специальных случаях могут использоваться и электронные лампы„эксплуатационные параметры, габаритные размеры и массы которых в последнее время существенно улучшились. На рис.

4.1,а изображена широко используемая физическая П-образная эквивалентная схема биполярного транзистора, достаточно с;.„ точно моделирующая транзи/ / сторы, производимые по различным технологиям при раз- барьерной ~зарядной) емкости запертого перехода, С„„= единиг'к цы...десятки ПФ; д„к — активная проводимость коллекторного перехода, учитывающая также эффект модуляции ширины области базы, и~ и = (10 ...1О ) Сим ( г- „=10 ...1О Ом); акэ активная проводимость, Учитывающая изменения коллек торного тОка при модуляции ширины Области базы и изменение Гради ента концентрации носителей в области базы за счет этого эффекта, и~. =(1О ...1О )Сим (~;, =1О ...1О Ом); Π— "внутренняя" крутизна транзистора, б = (50...200)-10 ' Сим Практически всегда пБэ « Е и тогда из (4.3) получаем Е 1- = — — 1 ь„1~ К~~ Н ~~еых У „- т.е. величина 1 фиксирована и слабо зависит от свойств транзистора Е (1к « — ).

В этом случае говорят о схеме с фиксированным током о д Б базы. Для схемы на рис.4.4,б при 1,„„»1 +1„(см. (4.9)) получаем Однако, если при фиксированном токе базы или напряжении на и ней изменяется температура, то при разных температурах мы имеем при уменьшении 1„— наоборот И 1~Б! ~Б~ и = Š— Я 1„„= Е ! — ' = Е ' . В этом случае потен- 1~Б~ + ~Б~ ~Б~ + 1~Б~ циал базы определяется только внешними элементами и можно говорить о схеме с фиксированным напряжением на базе.

Видно, что с ростом 1к потенциал базы и . уменьшается, а сэ Первопричиной темперагурной зависимости тока 1 является зависимость от температуры, обратных токов насыщения эмиттерного и 'коллекторного переходов (!э,1к ). Эта зависимость задается эо' "о соотношением 1, = цБ„(Р„+ Р„) х А7' Уе и !! Рис.4.6 На рис.4.6 приведены схемы эммттериой тармостабилиэвцим где д, ш — заряд и масса электрона; 5„— площадь перехода, Р„, Р„ рВ! ".4.7 концентрация дырок и электронов в областях р- и и -проводимости; А — постоянная Больцмана (1,38. ) О ' Дж/К); Т вЂ” температура перехо- Величины 5', и 5г можно назвать коэффициентами температурной нестабильности. По 'своему 'смыслу 5 — крутизна (мСим) характеристики передачи температурного возмущения Ли~э, в коллекторную цепь транзистора.

Дпя хорошо стабилизированных схем 5',- = (0,1...1) мСим; 5-„— коэффициент передачи температурного возмущения Л/„. Для высокостабильных схем 5' =11,2...2). Как видно, температурные изменения коллекторного тока определяются теми же элементами схемы, что и положение рабочей точки (ток покоя / ). И Анализ схемы на рис.4.7 дает следующее выражение для /„: 5., при этом максимально велика„т.е.

наиболее существенной причиной изменений 1„являются изменения (к, что объясняется максималь- И О' ным сопротивлением внешних цепей, по которым протекает М . В данном случае этим внешним сопротивлением является входное сопротивление транзистора 1/д . Поскольку у кремниевых транзисторов изменения 1 при изменении температуры невелики, схема установки о рабочей точки фиксированным током базы для них может оказаться вполне приемлемой даже при существенных изменениях температуры. Схема с фиксироваппым напражсписм па базс (рис.4.4,6). Она получается из схемы на рис.4.7, если Н,, = Иф = О . В этом случае (4.24) ЕБф~ ЯО,НБ К~ И + Яц + Яф Я„+ И,- (4.28) ~~экв г„+ г,.

+ Гя„я„. 1+ ал„- с ~~ь, ~4' ~Ь~ ~Бг ~ь, +~г, = ~тЕ + ~.г~к„ ~ь, +~г2+~ф "Л,. +Я„,+да„.Я„, "'Л„. +Л„+~я„г,. В этом случае схема с фиксированным напряжением на базе по своим свойствам эквивалентна схеме с фиксированным током базы. Схема коллекторпой тармостабилизации (рис.4.5).

При этом в схеме уъ/ Ф' нарис.4.7 следует положить В =О, Р „=, ВБ =ВБ = и™мБ+йБ, В, — Яф+В„. Здесь Р ! 1 аК + З, (1~~ + К„) Я + К„ ,~ю 1 О Б ) 5 Й 1~Б ~1~Б+К„(1~, +,й„) В +А, Е+ Г„ЛБ 5ОЕ "дЛ,+З,(Я +Я„) Ф~ь+~о(%+~ ) ~ф+~ (4.31) (4.32) (4.33) ЕХΠ— ~ — +[!+5„(И +Л„+г ))(„ ~Б1 ~Б2 1к„ 1+ ~'о1~э + ~ФБ ЕЯ вЂ” ~-+ 1+я г +Л, Б~ ВБ ~Б =Е + 1+ — 1„, 1+ ~о1~э (4.36) у ло иях Нэ+ЯБ»р- ~ 1~ »ф~ ~ ~ >>1 Видно, что стабилизирующее действие увеличивается с ростом А (рост напряжения обратной связи), а 5 уменьшается и при уменьшении ЯБ (увеличении 1 ), т.е. при более надежной фиксации потенциала базы. Увеличение Л лимитировано допустимым падением напря- жения на нем и связанной с этим необходимостью увеличения напряже- Естественно, что для схемы на рис.4.5,6 следует вместо И, +Я„ подставлять тОлькО ф, т о Я так как В здесь в петлю обратной связи не И ния источника питания Е .

тельно более термоустойчивы и без специальных мер термостабилизации могут работать в диапазоне температур — 70...+200'С; они обладают высокой радиационной стойкостью, малым уровнем внутренних шумов, высоким входным сопротивлением (на низких частотах — до 1О ...1О Ом). Не- !3 !7 которым их недостатком является меньшая, чем у биполярных транзисторов, усилительная способность (невысокая крутизна ~ Уп ~ = 5 ).

Общая схема установки рабочей точки полевого транзистора соответствует рис.4.2. При этом следует учитывать, что полярность питающего напряжения Е зависит от типа проводимости канала (+Е при канале с электронной проводимостью — и-канал, — Е при канале с дырочной проводимостью — р-канал). Полевые транзисторы в зависимости от технологии производства могут быть обедненного типа (нормально открытый ПТ) и обогащенного (нормально закрытый ПТ). Прямые переходные характеристики этих транзисторов приведены на рис.4.12. Фактическая полярность и „, определяется типом канала, Ток насыщения У м и напряже- В качестве примера на рис.4.13 изображена наиболее общая схема установки рабочей точки полевого транзистора обедненного типа с управляющим п-р переходом и л каналом.