Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 52
Текст из файла (страница 52)
11.15. Линейная передаточная харантеристина ес Каине + Кгнце~ (11.28) где К1 и Кг — константы. Пусть синусоидальный входной сигнал выражается как (11.29) сне = о сов ю1. Подставляя уравнение (11.29) в уравнение (11.28), получаем ес = Куст сов~А+ Кги сов ы1. (11.30) Используя тригонометрическое соотношение сонг аЛ = -'+ 1 сов 2ю1, уравнение (11.30) можно записать как ес = Хс + уо + у1 сов ы$ + уг сов 2~о1, (11.31) (11.32) снег = отсов(ш1+ н).
Подставив в уравнение (11.33) (ы1+ я), получим 2сг = Хсг + усам — у1 сов ю1+ .уг сов 2м1. (11.33) Суммарный ток в общей нагрузке пропорционален разности токов есч где .уо, у1, уг — константы; 1с — постоянная составляющая тока. Член у1 совео1 представляет собой первоначальный сигнал с частотой ы, а член 2оЛ является суммарным искажением. Это уравнение показывает, что искажение выходного тока вызвано второй гармоникой. В случае двухтактной схемы ток течет в разных направлениях по двум частям схемы. Если уравнение (11.31) представляет выходной ток верхней части, то можно получить уравнение для тока второй части, считая, что входной сигнал в двух частях отличается по фазе на угол н.
Следе. вательно, другой входной сигнал п«.я« ° «, - в>ф (уравнение (11.31)) и «сз (уравыеыие (11.33)), т. е., «' = Х(«~1 — >сз) = 2Х( уь сов а>1+ 'уз сов ЗМ), (11.34) где Х вЂ” константа (коэффициент) пропорциональности. Член совЗьЛ и другие высшие гармоники появляются в уравнении (11.34), если в уравнении (11.28) учтены члены высших степеней. Как упоминалось ралее, амплитуды гармоник уменыпаются при увеличеыии их номера. Гармоники высших порядков имеют меныпую амплитуду и меньше искажают выходной сигнал. При выводе уравыения (11.34) предполагалось, что Хс1 = Хсз, что истинно при полной симметрии двухтактного усилителя.
Уравнение (11.34) выявило отсутствие второй гармоники в искажениях. В действительности в двухтактных схемах отсутствуют все четные высшие гармоники. Искажения при переходе через нуль При работе в классе В условие отсечки в рабочей точке можно достичь при смещении перехода база — эмиттер нулевым постояыыым током. На рис. 11.16, а изображен двухтактный усилитель. Вспомним, что в базовой цепи ток ые течет, пока переход база — эмиттер (кремниевого транзистора) не имеет прямого смещения в 0,7 В, т. е.
Ъ~~ы = 0,7 В. Следовательно, через транзистор ь„>1 не течет существенного тока, пока входной сигнал (рис. 11.16, б) не превысит 0,7 В. Аналогичная ситуация и для транзистора «>>х при отрицательной полуволые сигызла. Выходной сигнал в таком случае будет искажен, как показано в несколько преувеличенном виде ыа рис. 11.16, в и реальнее на рис. 11.16, г. Это и есть так называемые искажения при переходе через нуль.
Можно по-другому посмотреть на эти искажения. На рис. 11.17 показан график зависимости выходного напряжения и„от входного и; для двух транзисторов. «Мертвая зона>, в которой оба транзистора Я1 и Яз закрыты, вызывает искажения при переходе через нуль. Если бы мертвую зону можно было бы уменьшить до нуля, искажения при переходе через нуль можно было бы устранить. Одна из возможных схем с применением обратыой связи через ОУ с единичным усилением (с последовательно-параллельной обратной связью) показана на рис. 11.18. Можыо представить, что один из транзисторов Я~ или Ях будет открыт, если входное и выходное напряжения (и> и и„) отличаются на Ы'ык7(1+ ВА) — Ы1вя!А (потому что В = 1).
А — коэффициент усиления операционного усилителя с разомкнутой обратной связью. Мертвая зона будет значительно сужена, потому что коэффициент усиления А очень болыпой ( 10в или больше). +кос в) Рис. 11.16. Иллюстрация искажений: двухтактиая схема (упрощеннаа) (а); транзистор не проводит ток, пока Увл < 0,7 В и обозначенные участки на выходе будут отсутствовать (б); искаженный выходной сигнал (преувеличенный) (е); искаженный сигнал (реальный) (г) +кос Другой способ, который очень широко применяется на практике— это подача на транзисторы Щ и Яз прямого смещения ( 0,7 В), чтобы ( 308 Глава 11.
Усилитпели жощносхпп Рис. 11.17. Мертвая зона в переда- точной характеристике вызывает ис- кажения при переходе через нуль 7 О,у В 0,7 В 1 Рис. 11.18. Последовательно-парахлельнзх обратная связь через операционный усили- тель значительно уменьшает искажения прв переходе через нуль пл Л.в ° в....., в з««р они были в состоянии готовности проводить ток. Это небольшое смещение известно как «смещение покоя«.
Прямое смещение напряжения постоянного тока в 0,7 В поддерживает транзисторы в состоянии готовности к включению. Теперь незначительное положительное напряжение на входе вызовет проводимость Ят, а отрицательное — проводимость ь)2. Обратите внимание, что на вольт-амперной характеристике эмиттерного перехода (рис. 11.19, а), при Ъенк = 0,7 В Хн«) ~ О. Малый ток Хн<) вызовет коллекторный Хсс) = ф Хнд ()1 — коэффициент усиления по току транзистора) (рис. 11.19, б). Обычно Хсо составляет от 1 до 5 % 1с(, т). Вспомним, что для идеальной работы в классе В Хст) = О.
Присутствие малого тока в точке покоя переводит транзистор в режим работпы в классе АВ. тв тс тс тввв 1во кве уве од в рсва б) а) Рис. 11.19. Вольт-вмпернвя характеристика (кремниевого) змиттерного перехода (а). Незначительный ток покоя 1са устраняет искажения при переходе через нуль (о) Смещение двухтпактпных усилтпелей класса АВ Смещение делитпслем напрлженнл Чтобы двухтактный усилитель класса АВ работал эффективно и без искажений, требуется установить подходящее значение напряжения покоя абсид и тока покоя.
Этого можно достичь при помощи смещения делителем напряжения (рис. 11.20). Токи коллекторов обоих транзисторов одинаковые, потому что они включены последовательно, т.е. ХС1 = ХС2 = 1С, (11.35) "'слт+ Ъскз = Ъсс и тск1 + еск2 = Рсл. Следовательно, Рсл = Рсс/2. (11.36) (для каждого транзистора). Сопротивление резистора В2 можно выбрать так, чтобы падение напРяжения на нем было 0,7 В. Это обеспечит требуемый ток покоя, чтобы ~~~3! 0 Глава 11.
Уса ипиели лгощносоги избежать искажений при переходе через нуль. Вспомним, что напряжение база — эмиттер зависит от температуры, оно падает на 2,5 мВ на каждый градус роста температуры. Далее, передаточная характеристика биполярного транзистора очень крутая в окрестности точки включения, поэтому при очень малых изменениях гвв ток коллектора меняется зна.- чительно. По этим причинам, смещение делителем напряжения не обеспечивает стабильного смещения, и оно не является лучшим вариантом для смещения двухтактного усилителя. Диодное смегцеиие (11,38) ХО = 1е = Хс. Также, суммируя токи в узле, обозначенном Т, получим 1 = Хв + 1в илн 1=1в 111.39) (потому что Хв О).
Комбинируя уравнения (11.38) и (11.39), видим, что 1с =1. 111.40) В усилителях класса АВ широко применяется +Усс диодное смещение. При этой схеме смещев, ния резисторы В2 на рис. 11.20 заменяются ~сг диодами, имеющими такие же характеристики, что и эмиттерный переход транзисторов Вг Уве е11 и Я2. Схема усилителя с диодным смеще2 Уев вием приведена на рис.
11.21. Ток покоя 1С + ~1сг (= Хсс) можно найти, рассматривая только — половину схемы на рис. 11.21, ввиду ее симметричности. Верхняя часть схемы изображена на рис. 11.22, где ток 1, протекающий через резистор В, один конец которого находится Рис. 11.2О. Смещение делите- при +Усс/2~ а Другон — при +~ВЕ~ Равен лем напряжения двуктвктно- Х = (Рсс/2 — Ивв)/Л. 111.37) го комплементарного усилителя класса АВ Нам нужно найти значение тока 1с. Как это сделать'? Удобнее всего воспользоваться понятием зеркало тока. В схеме зеркала тока выходной ток зеркально повторяет входной ток.
Тогда можно показать, что Хс равен Х (зеркальный ток). На рис. 11.22 легко представить, что Хв = Хв, потому что компенсирующий диод Х1 имеет такие же характеристики, как и переход эмиттер-база транзисто. ра Ць И, если учесть, что 1в — 1С вследствие пренебрежимо малого тока базы, то имеем +исс "Усс/2 Рис. 11.21. Двухтактный ком- плементарный усилитель класса АВ с диодным смещением Рис. 11.22. Верхняя половина схемы рис. 11.21. Вьгпкление то- ка 1 (= 1с, используя зеркало тока) Схема на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
