metod_15.03.02_tts_kr_2016 (Методические документы), страница 3

При увеличении входного напряжения (Увх 1') ширина р — и перехода между коллектором и базой уменьшается, в результате возрастает ток в цепи эмиттера (Уэ 1, см, рис. 1.3), а выходное сопротивление транзистора (между коллектором и эмиттером) уменьшается (ттвмктр .р), а следовательно уменьшается и падение Нанриж~НИЯ На ВЫХОД~ траНЗИСтОра ()ФВыхтр = ~-'Вмх 1). 2. При уменьшении входного напряжения (Увх.1.) ширина р — п перехода между коллектором и базой увеличивается, в результате чего ток в цепи эмиттера уменьшается (1э ~., см. рис.

1.3), а выходное сопротивление транзистора (между коллектором и эмиттером) увеличивается (ттвмктр 1), следовательно увеличивается и падение напряжения на выходе транзистора (1эттвм,т = ('вс«1). Таким образом, усилительный каскад с общим эмиттером сдвигает фазу выходного +Я сигнала, относительно входного, на 180".

Характер изменения выходного напряжения, при изменении входного от минимального до максимального, определяется статиче- Гвых ~ вх ской нагрузочной характеристикой: 2. Усилагаельной каскад с оба~им амагатероч (ОЗ) фициентом )3: 1к = фь. Отсюда следует, что напряжение на выходе каскада будет по форме повторять напряжение на входе. Статическая нагрузочная характеристика определяет закон изменения выходного сигнала и строится на выходной характеристике транзистора. Эта характеристика является прямой линией, для построения которой достаточно двух точек, например точек ее пересечения с осями. Выходная характеристика транзистора показывает зависимость 1к от Ькэ, поэтому рассмотрим значения нагрузочной хаРактеРистике пРи Ук = 0 (точка с) и (.гк = 0 (точка <И>) (Рис.

2.5): Ь'кэ = Ек ~ук о Ек тк = Р к и„-о ся В Рис. 2.6. Нагрузочная характеристика с ограничениями (штриховкой выделена область с недопустимыми значениями выходного сигнала) Рис. 2.5. Нагрузочная характеристика Величина ЭДС источника питания Ек выбирается несколько меньше максимально допустимого напряжения на коллекторе, задаваемого в характеристиках транзистора, в пределах Ек — †(0,7 ...0,9)(Укэ „, Величина Рк выбирается из условия передачи максимальной мощности (согласованного режима): йк - -)хв„,хт„= 1/622„что для биполярного транзистора составит 0„5...

10 кОм. Характер нагрузочной характеристики и коэффициент усиления, при заданной ЭДС источника питания Ек, определяется величиной нагрузочного резистора гск, обеспечивающего необходимый уровень падения напряжения на выходе каскада и ограничивает ток коллектора. 2.3. Режим работы но аостонннощ таку Положение точек с и Ы ограничено максимально допустимыми значениями тока (1кгг„г), напряжения (Укэ „) и мощности (Рк „,), которые приведены в справочных данных транзистора ~рис.

2.6). Нагрузочная характеристика является основой графоаналитического метода расчета усилительного каскада. 2.3. Режим работы по постоянному току Режим работы по постоянному току является важнейшей характеристикой усилительного каскада и характеризует его работу при отсутствии в напряжение на входе усилительного каскада переменной составляющей, которая и является усиливаемой величиной. Режим работы по постоянному току характеризуется положением рабочей точки — точки на нагрузочной характеристике, соответствующей нулевому уровню переменной составляющей входного напряжения. На рисунке 2.5 мы видим, что нагрузочная линия, как и выходные характеристики транзистора„находятся с одной стороны от оси Укэ, следовательно на выходе усилительного каскада будет сигнал одной полярности, а составляющие противоположной полярности будут утеряны.

Положение рабочей точки определяется величиной и знаком постоянной составляющей входного напряжения напряжения ~Гвэо. Если входное напряжение меняется по закону синуса, то получим следующее выражение: и = г гьэо + г гьэы з1п со~ В зависимости от положения рабочей точки на нагрузочной характеристике различают три класса усилителеи: Класс «А» (рис.

2.7„б) — режим„при котором напряжение в выходной цепи изменяется в течении всего периода входного сигнала. В этом случае рабочая точка находится посредине участка нагрузочной характеристики, соответствующего линейному участку характеристик транзистора а входной и выходной сигналы являются лильсируюигими . Отсюда следует, что при нулевом сигнале на входе гнапомним, что входным сигналом для нас является переменная составляющая), напряжение на выходе будет равно Укэо. Отсюда следует, что при Пфл»еирукняйй сигнал мннинтсн талыса но нелининн, инни остнстсн г~осгонннн~м, гн.

нтн сигнал анной пслирности. 2. Усилигпелвной каскад с оби!им эмигптвролг (ОЗ) нулевом сигнале на входе, напряжение на выходе будет равно Ькао. Следует обратить внимание на ивх то„что в связи с нелинейностью характеристик транзистора в облао сти низких значений тока коллекто- ра, максимальное амплитудное знаа) чение выходного сигнала (()кз ) бу- ! ! 1Г. ! ! дет несколько меньше ()кзо.

Достоинством класса А явля- Г ! ! ются малые нелинейные искажео б) ния, однако КПД каскада ! ! = Р..уРо (Р, — выходная мощность, ! ! о Р!! — мощность, потребляемая от ис! 20 точника питания) мал — О,о. Г в) В основном класс А использу! ется в каскадах предварительного о 28 ! УСиления. г) Класс  — режим, при котором напряжение в выходной цепи изменяется в течении приблизительно Рис. 2.7. Режимы работы усилителя половины периода входного сигнала (рис.

2.7,в), т.е. входной сигнал и†класс В; является переменным" и происходит потеря половины его периода. При анализе режимов работы усилителей удобно использовать угол отсечки 0 — половина угла, соответствующего участку периода, на котором не происходит изменение выходного сигнала. Для каскада, работающего в идеальном режиме В, величина угла отсечки равна тг/2. В этом случае величина постоянной составляющей равна нулю„а КПД может достигать величины т) = 0,8. Нелинейные искажения имеют сравнительно небольшую величину и в основном сконцентрированы в области нулевого значения входного и выходного сигналов.

Это связано с нелинейном характером начальных участков входных и выходных характеристик транзистора. Класс В получил широкое распространение в двухтактных уси- ' Переменный сигнал меняется как по величине, так и по знаку. 21 2.3. Режилг работы по постоянному таку лительных каскадах', однако идеальный класс В (О = тг/2) применяется редко„наибольшее распространение получил промежуточный Класс Ав', при котором угол отсечки несколько больше тг/2, то есть к входному напряжению прибавляется постоянная составляющая, величина которой составляет 5...

15% от максимального входного напряжения. Наличие постоянной составляющей такой величины позволят выйти из нелинейного участка в начале входных и выходных характеристик транзистора. Класс С вЂ” режим, при котором напряжение в выходной цепи изменяется в течении времени значительно меньшего половины периода входного сигнала (рис. 2.7„г), т. е.

О < 0 < тг/2. Этот класс характеризуется высоким КПД и сильными нелинейными искажениями. Свое применение он нашел в избирательных усилителях и автогенераторах, для работы которых достаточно наличия нулевой гармоники. Помимо аналоговых классов усилителей, имеется импульсный Класс О, который характеризуется наличием только двух уровней выходного напряжения (максимальное и нулевое)„ то есть транзистор работает в ключевом режиме — либо полностью открыт, либо полностью закрыт. Подобные усилители широко применяются в импульсной технике, отличаются высоким КПД и малыми нелинейными искажениям.

Сигналы„которые усиливаются ими, используют широтно- импульсную модуляцию (ШИМ), при которой информация кодируется длительностью импульса. В нашей работе мы рассматриваем усилительный каскад работающий в классе А. Рабочая точка такого каскада выбирается между точками с и д нагрузочной характеристики так, чтобы входной и выходной сигнал всегда находились на линейных участках характеристик транзистора. На рис. 2.8 показано положение рабочей точки на выходной характеристике транзистора. Здесь точка А соответствует рабочей точке, точка а — минимальному, а точка Ь вЂ” максимальному уровню выходного сигнала. Точки а и Ь выбираются на линейных участках входных и выходных характеристик транзистора. В двухтактном усилительном каскаде имеется два усилительных злсмснта, каждый из которых усиливает напряжение одной из полярностей, они позволяют обеспечить изменение выходного напряжения в течении всего периода входного.

Недостатком подобных каскадов является невозможность найти два абсолютно одинаковых транзистора, что приводит к искажениям в местах соединения разнополярных полупериодов на выходе усилителя. 'На практике часто режим АВ обозначается как режим В, что не всегда особо оговаривается. 2. Усилнтаеланой каскад с обидим эмнтатерои (ОЗ) Рабочая точка выбирается на середине отрезка аЬ. Положение рабочей точки, а следовательно и класс усилителя, определяется величиной и знаком постоянного напряжения ЬБзо, для создания которого используется делитель напряжения Й|Р2 ~рис.

2.9). Значения сопротивлений резисторов Р~ и Лз определяются следующими выражениями; Ак. Рис. 2.8. Рабочая точка на выходных характеристиках транзистора ЕК вЂ” ~4ЭО Р1 = 1Д+ 1БО с'БЭО тд + тБО Здесь ~4зо и 1БО соответствуют положению рабочей точки на входной характеристики и определяются с помощью графических построений на входных характеристиках транзистора, 1д — ток делителя, протекающий через резисторы РЯз. Для повышения стабильности напряжения смещения желательно чтобы величина 1д была достаточно высокой, однако высокое значение 1д ведет к росту потребляемой мощности от источника питания и, как следствие, снижению КПД потому значение 1д выбирается в пределах: Уд = ~2...