metod_15.03.02_tts_kr_2016 (Методические документы), страница 4

5)1БО. При расчете резисторов Я~ и Р2 мы предполагаем, что постоянная составляющая входного сигнала равна нулю, однако, в реальных схемах это предположение зачастую не верно, и для ее удаления во входном сигнале перед делителем ставится разделительный конденсатор Ср~, а для удаления постоянной составляющей, созданной делителем Й1Ы> — конденсатор Ср2 на выходе. Помимо подавления постоянной составляющей, разделительные конденсаторы оказывают воздействие и на переменную: подавляют переменную составляющую (несущую полезный сигнал) на нижних частотах и смещают фазы выходного сигнала. Подавление переменного сигнала на нижних частотах связано с характером емкостного 2.3. Режим работы по настоянному таку вых 1 << ~в~к В обычных расчетах достаточно чтобы Хс„, не превышало 10% от входного сопротивления: Рис.

2.9. Усилительной каскад с 03 и делителем напряжения Я~На 1 < 0,1~вк, Отсюда 10 Р1 > или, для С„1, выраженного в микрофарадах: 10 Ср1 ) 10, мкФ. — 2т~нРвкк Входное сопротивление каскада тсвкк, равно сумме сопротивлений базы и входного сопротивления транзистора: Рвявхт Бхк Ж' + ~твкт а сопротивление базы — сумме сопротивлений Л1йа делителя, также включенных параллельно: сопротивления Хо = 1/1оС, где 1о = 2тг~ — круговая частота, в результате коэффициент усиления на частотах от 0 до ~н оказывается мал и при ~ — ~ 0 также стремится к нулю. Этим объясняется провал АЧХ на нижних частотах у усилителей, в которых используются конденсаторы. В рассматриваемой схеме воздействие конденсаторов на разность фаз между напряжением и током, в связи с. малыми значениями емкостей конденсаторов„ незначительно и мы им можем пренебречь.

Емкость конденсатора С 1 рассчитывается исходя из того, что его емкостное Я сопротивление на нижней частоте должно быть много меньше входного сопротивления каскада: 2. Усилительной каскад с оби1им амыатерол (ОЗ) ~11~2 Б 1~1 + ~2 Величина РБ, во избежании шунтирующего действия по отношению к входному сопротивлению транзистора, должна быть в пределах )~Б = % ~ % = (2...

5Ювлт. Аналогично рассчитывается емкость разделительного конденсатора на выходе каскада„ только расчет ведется с учетом не входного сопротивления каскада, а сопротивления нагрузки: 10 Ср2 > 10, мкФ. 27г~ннн 2.4. Термостабилизация усилительного каскада Важной особенностью полупроводников является сильная зависимость коэффициента усиления от температуры, например напряжение ('Бэ изменяется на 2...2„5мВ на 1 градус, а 1кв удваивается при изменении температуры на 5... 7 "С для кремниевых и 8... 10 "С для германиевых транзисторов 14~.

Подобные изменения приводят к смещению рабочей точки и появлению нелинейных искажений. Для компенсации воздействия температуры в схему усилительных каскадов вводят цепи термостабилизации„принцип действия которых основан на механизме обратных связей. Обратная связь (ОС) — воздействие выходной цепи на входную, когда часть выходного сигнала подается на вход.

Различают положительную обратную связь (ПОС), когда выходной сигнал складывается с входным (фазы сигналов совпадают) и отрицательную обратную связь (ООС), когда выходной сигнал вычитается из входного (сигналы находятся в противофазе). В усилителях широко применяются ООС с целью увеличения стабильности работы усилителя и уменьшения нелинейных искажений, однако следует учитывать, что ООС снижает коэффициент усиления каскада. ПОС применяются, в основном, в генераторах, в усилителях они приводят к самовозбуждению — неконтролируемому росту коэффициента усиления. В усилительных каскадах ПОС обычно являются паразитными — самопроизвольно возникающие ОС, являющиеся ошибками проектирования.

25 2.4. Термостабилиааиия усилительного каскада В усилительных каскадах с оощим эмиттером, обычно, термостабилизация осуществляется путем создания ООС на базе резистора Лэ (рис. 2.10). Рассмотрим термостабилизацию усилительного каскада с ОЭ более подробно. При отсутствии входного сигнала, напряжение между базой и эмиттером определяется по и закону Кирхгофа: ВМХ Рис. 2.10. Термостабилизациз усилительного каскадз с ОЭ ~'БЗО = ЬΠ— Ь'эО Ек = ~'кэО + ~коЯк + Лэ)- К 1 ДЕ сз20 = ~20% дРЭО аЭОсеЭ ПаДЕ ьа ние напряжения на резисторах Йа и 1 Рэ соответственно.

При повышении температуры, возрастает концентрация основных Рис. 2.11. Принцип НОСИтЕЛЕй Заряда И уВЕЛИЧИВавтСя термостзбилизации токи базы и коллектора„ что приводит усилительного каскадз с ОЭ к увеличению сакэ и„ как следствие, смещению 22рабочей точки. В результате увеличения тэ возрастает величина падения напряжения Уэо = 1эотсэ, а разность Уьэо = Ь~о — У>0 уменьшается 1рис. 2.11), в результате чего рабочая точка смещается в исходное положение. При снижении температуры происходит обратный процесс — концентрация носителей заряда (в результате рекомбинации), токи базы и коллектоРа УменьшаютсЯ, что пРиводит к Уменьшению срьэ.

В результате уменьшения 1э уменьшается и Ьэо = 7эОЛэ, а разность с4эО = Ь~Π— Уэо увеличивается, в результате чего рабочая точка смещается в исходное положение. Помимо стабилизации рабочей точки, Рэ оказывают серьезное воздействие на работу усилительного каскада. Во пераых, резистор Лз находится а пепи коллектор — зммитер, и участвует в формировании нагрузочной характеристики: 2. Усилительной каскад с обири.и эмигптеролг (ОЗ) При выборе величины сопротивления Яз, необходимо учитывать два взаимоисключающих фактора: 1.

Термостабилизация осуществляется тем лучше, чем выше глубина обратной связи (т.е., чем выше ток делителя 1д и выше сопротивление Лн). 2. Чем выше величина сопротивления гсз, тем больше на нем происходит падение напряжения и тем ниже КПД каскада. Для уменьшения воздействия на нагрузочную характеристику Йз выбирается равным 1 ...

2 В, что для биполярных транзисторов соответствует 10 ... 30 % от Ек. Азиев = (0,1...0,3)Ек, что равносильно выбору Рв = (0,05 0,15)Рк в согласованном режиме работы транзистора. В связи с тем, что йз участвует в формировании нагрузочной характеристики, ее, после определения Лз, необходимо скорректировать. Во вторых, на Ягт происходит падение переменной состаилнщщей выходного напряжения (которая и является полезным выходным сигналом) что приводит к уменьшению коэффициента усиления. Для нейтрализации воздействия Яз на выходной сигнал параллельно ему ставится шунтирующийк конденсатор Сть что приводит к тому, что переменная составляющая сигнала практически без потерь проходит через конденсатор (т.к. сопротивление конденсатора с ростом частоты резко уменьшается). Для того„чтобы конденсатор Сч осуществлял шунтирование резистора йз, необходимо, чтобы емкостное сопротивление Хпз конденсатора было значительно ниже Рз на всем диапазоне частот, на которых работает усилительный каскад.

Величина емкостного сопротивления обратно пропорциональна частоте и с ростом частоты уменьшается. Следовательно, при определении величины емкости Сз нам необходимо ориентироваться на наименьшую рабочую частоту каскада, которой является нижняя граничная частота ~н. Обычно достаточно, чтобы сопротивление Хсэ на ~н было в 5... 10 раз меньше Рз, ВШунт — элемент, сопротивление которого, в заданном диапазоне частот, значительно меньше сопротивлении шунтируемого элемента„ к которому шунт вклгочаетсп паралле.льно 2.5. Графоинилити сеский метод расчета усилительиога каскада 27 ~э = (5...10)Лсэ Отсюда Са, в микрофарадах, равно: 10' (1... 2) 2тг~нйн 2.5.

Графоаналитический метод расчета усилительного каскада При расчете графоаналитическим методом часть характеристик каскада находится аналитически, путем вычисления по известных выражениям, а другая — на основе графических построений, образец которых приведен на рис. 2.12.

Для определения характеристик каскада с помощью графических построений необходимо взять из справочника входные и выходные характеристики выбранного транзистора и расположить их как показано на рис. 2.12 (обратите внимание — входная характеристика берется Рис. 2.12. Графоаналитический метод расчета 2. Усилыаелиной каскад с оби~и.и амыатерои (ОЗ) только для ('кэ = 5 В и поворачивается на 90' против часовой стрелки), после чего строятся оси для переходной характеристики (1к(1в)). На выходных характеристиках выделяется рабочая область, ограниченная максимальными током (1к „,.), напряжением (Укэ „к) и мощностью (Рк,„„,), а затем строится нагрузочная линия сН, на которой выбираются точки а и Ь, посередине между которыми находится рабочая точка А.

Участок нагрузочной линии сс( между точками а и Ь не должен пересекать ограничительные линии максимальных значений, кроме того, отрезок аЬ должен находится на линейных участках выходных характеристик. На входной характеристике отмечаются точки, соответствующие токам базы, для которых построены выходные характеристика (арво, 1ьч,..., 1ь,). Затем строится переходная характеристика 1к(1ь), для построения которой берутся значения токов базы, для которых имеются выходные характеристики, а токи коллектора определяются в точках пересечения нагрузочной характеристики с входной характеристикой, построенной для соответствующего тока базы.