Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 39
Текст из файла (страница 39)
К иим, в первую очередь, следует отнести изменение температуры окружающей среды, вызывающей, во-первых, изменение обратного тока коллекторного перехода 1«а. во-вторых, изменение напряжения змиттерного перехода Узэ транзистора, и, в-третьих, изменение его коэффициента передачи тока акмэ, изменение напряжения питания, изменение сопротивления нагрузки н т. п. Все эти воздействия пркводят к изменению коллекториого тока транзистора и, следовательно„ изменению выходного напряжения усилительного каскада.
Эти изменения принято характерпзовать понятием — дрейф нуля усилителя. Дрейфом нуля называется изменение выходного напряжения илн тока усилителя, ие связанное с воздействием входного сигнала, а обусловленное изменением режимов работы его элементов вследствие воздействия различных внешних дестабилизирующих факторов. Внешние возмущения, изменяя ток покоя транзистора 1«л, выводят усилитель из заданного режима работы. Это особенно опасно для режима класса А, так как может вывести транзистор в нелинейную область его характеристик, что вызовет увеличение коэффициента нелинейных искажений нли вообще приведет к появлению одностороннего ограничения выходного сигнала при заходе рабочей точки в режимы насыщения или отсечки.
По этой причине при проектировании транзисторных усилителей вопрос стабилизации точки покоя является одним из главных. Существуют три основных метода стабилизации режима работы транзисторного каскада: термокомпенсация; параметрическая стабилизация; введение цепей отрицательной обратной связи. Метод термокомлеисаиии базируется на том, что вяешинмн конструктивными и схемотехническими решениями стара!отея исключить воздействие на транзисторный каскад нежелательных воз- !95 мущеннй.
Так, если основным возмушаюшнм воздсйствнем ян ляется изменение температуры окружающей среды, то наиболег чувствительные к этим воздействиям каскады усилителя могу ~ быть конструктивно выделены в некоторый самостоятельный узел в котором принудительно (вне зависимости от внешних условий1 поддерживается неизменная температура, что н дало названке ме тоду. В эту же группу методов можно отнести питание нанболес подверженных возденствию каскадов стабилизированным иаира.
лгеннем нлн применение элементов со стабильными параметрамн н т, и. Общим для всех этих методов, как зто уже было отмечено, является исключение действия возмущении на транзисторный кас каи, вызывающих недопустимые изменения его параметров. Метод параметрической стабилизации базируется иа использовании в транзисторных каскадах специальных элементов, харак. геристикн которых зависят от вне|пнях возмушаюших воздействий, причем изменения параметров этих элементов дол.кны компенсировать изменения параметров транзисторного каскада. В качестве примера на рпс. б.б,а приведена схема транзисторного каскада. в которой для введения начального смещения рабочей точки нс.
пользуется внешний делитель на резисторах Рм н гтзз. Очевидно. что в данной схеме прн увеличении температуры окружающей среды будет увеличиваться ток /кл. Это обусловлено уменьшением напряжения Увэ вследствие сдвига входной характеристики транзистора влево н увеличением ймэ н !кз. Поэтому прн увеличении температуры сохранение Iк л на неизменном уровне требует уменьшения начального смещения У, . Для этого необходимо либо увеличивать сопротивление Изо либо уменьшать сопротивление Яая.
Возможно и одновременное изменение сопротивлений обоих резисторов. Если параметры изменения сопротивлений согласованы с изменениями параметров транзисторов, такое решение позволяет получить хорошую температурную стабильность каскада. Ряс. 6.6 Параметрическая стабялязакяя режима яокоя усялятельного каскада с ксаользозакяем терморезкстороз (а) к дополяктельяого траязястора РВ !96 Во входном делителе могут быть использованы различны. »ч .
менты — либо термореэисторы, либо другие полупроводпнноны« приборы. На рис. 6.6,6 показано использование эмяттерного п»р». хода дополнительного транзистора УТ» в качестве такого эл»- мента, Если параметры транзисторов»Т» и УТ1 одинаковы, го гакое решение позволяет полностью устраикть изменение тока l»л, вызванное изменением напряжения 0вэ. Такое решение находит широкое применение прн разработке аналоговых интегральных схем. Общим для обоих рассмотренных методов является компенсация только одного из дестабилизирующих факторов. Так, решение.
приведенное на рис. 6.6,б, не позволяет компенсировать изменение гока Р»л, обусловленное изменением значении Амэ, а термостабилнзация режима работы части кас»адов ие устраняет возмущений, вызванных изменением напряжения питания н т. и. К тому же при использовании параметрического метода трудно подобрать элементы, способные в широком диапазоне изменения вкешних возмущений достаточно точно стабилизировать параметры тракэисторного каскада, поэтому рассмотренные выше методы применяются как дополнительные, т, е. совместно с введением в каскад различных цепей обратной связи.
Как было показано в З 6.7, введение цепей обратной связи способно сильно изменять все параметры усилителя, причем чем больше исходный коэффициент усиления, тем сильнее могут быть эти изменения. Метод введения цепей обратной связи является универсальным методом стабилизации параметров не только одиночного транзисторного каскада, но и всего усилителя в целом, При правильном выборе он способен компенсировать влияние всех воздействующих на снлитель внешних возмущений.
ля каскада, показанного на рис. 6,1, практическое применение нашло введение последовательной отрицательной обратной связи по току нагрузки и параллельной отрицательной обратной связи по выходному напряжению. Рассмотрим более подробно эти методы. ВЛ Ь. КАСКАД С НОСЛЕПОВАТВЛЬНОИ ОТРИЦАТЕЛЬНОИ ОВРАТНОИ СВЯЗЬЮ НО ТОКУ НАГРУЗКИ Типовая схема транзисторного каскада с общим эмиттером, охваченного последовательной отрицательной обратной связью (ООС) по току нагрузки, приведена на рис. 6.7,а, Эта связь образуется за счет введения в эмнттерную цепь транзистора УТ резистора )»..
Ток эмиттера, протекая по резистору эт., создает на кем падение напряжения Уоос=Гэй„Это напряженке алгебранческн складывается с входным напряжением и„, присутствующем на 191 Ркс. 6.7. Транансторнын каскап с цепью после поаатепьпоа ООС по то ку нагрузка резисторе делители тссь Сумма напряжений прнкладывается к эмиттерному переходу транзистора н, по сутп, является входным напряженнем каскада, Входное напряженне н напряжение обратной связи направлены встречно, поэтому обратная связь отрицательна. Как следует нз анализа, проделанного в $ 5.7, введение резнстора )с, снижает обнхнй коэффицкент усиления каскада, повышает его входное н выходное сопротнвлення, расширяет полосу уснлнваемых частот н снижает линейные н нелинейные нскажения.
Следует отметнть, что в реальных усилительных каскадах повышение входного сопротпвленпя несколько компенснрует снижение его обццто коэффнцнента передачи за счет увеличения коэффициента нсрсдачн входного делителя. Коэффициент передачи каскада (рнс. 6.7), охваченного цепью ООС, согласно выражению (5.20), равен Ки к оос Кик!() + КикЬос) Для рассматрннпсмой схемы Ьос может быть определено следующим образом: Ьос = д ( сос7д (Ганс ИэЫэ)()тт„й7К). Обычно нз-за большого значения Ьк~э можно с достаточной точностью полагать.
что Ыэ=б)к, Тогда выражение для коэффнцнен. та передачи пепи ООС прнмет внд Ьос — )7тЮ. Подставляя Ь ю в выражение для коэффициента передачи уснлнтеля с ООС, с учетом (6.5) непосредственно для транзисторного каскада получнм «зэк!~"ас Ко к оос = ймэйкl()7ас + Кайма) (6.! 3) ~ + пьатэ Ла~ якссът) Входное сопротивление каскада, согласно выражению (5.30) равно Раа оос "(Заа(1 + Ки кроо) )7ат() + йя!э((ьИ()Рак)укН = Йа, + уС,йпэ. (6.34) !!» ((ь!4! следует, что выражение (6.|3) аналогично исходному «ыраженщо для коэффициента передачи каскада (6.6).
Используя (6.13) н (6.6). можно записать выражение для коэф- фициента усиления всего каскада 7(ь' оос 7(п к оосАлед оос (ьлэ77к!(1(~и ! Ю1лз + )зэ! (6 !6) где Йь — эквивалентное сопротивление делителя на резисторах Нм и 1(ы, приведенного к схеме иа рис. 6.1, Выходное сопротивле- ние каскада согласно выражению (5.36) равно й-,. оос = й. + )7.7(и к = )7. + ЯЩ~з)7./)7 = )7. (1 1-)Щ~э!й ) (6 16) Рассмотрим влияние введенной ООС на стабильность тока по. ьоя каскада на рис.
6.7. Ранее было показано, что основными прн- <инамн нестабильности тока коллектора являсыя игмененке тем- пературы окружающей среды, вызывающей нзмснскнн напряжения эмнттеркого перехода 0вэ, начального тока коллектора 1ко н коэффициента передачи тока ймэ. Для современных кремниевых ~ранзисторов можно полагать, что из.за малости абсолютного зна- чения 1хэ влиянием этого параметра можно пренебречь. Поэтому граннчимся рассмотрением влияния на тоь 1„п >илько темпера- ~урных изменений Увэ н Ймз. Как уже известно, ток покоя транзистора снн а~ с током базы соотношением !кп йхтэ ув и . Переходя в приведенном выражении к прирщнспням, получим ук и + пук и =. (ймэ 1- дала) (/ь п 1- д|ь и) илп, полагая Ьймэ М в и ~6, дук и =. аймэув п ' й ть~зуь и (6.!7) Используя известную нз теории цепей тсорг му об эквивалентном генераторе, схему на рис, 6,7 всегда мо>ьно ирпвести к схеме на рнс.
6.1,а. Тогда для исследуемой схемы чоьщ1 записать увп =Фьэ в — Увэп=(альп 4 (ьп))7эФь нли, переходя к приращениям, дува )(/вэ и ! (дук и ! б)ь и) Йу)/Йз ° (6.18) Подставив (6.18) в (6.17), получим "нз('~з+Л) 7 з"тэ'и и атака п 1 зтк и Лб (!+пмз! )7э лиэ нь ь Ла Величину ~6мз ()ть+тг)и!тк+ (1 т йээ) !1 ! принято называть коз4~- чзипиентом нестабильности 3,. Найдем допустимый диапазон вариации 5; при изменении со- противления эмиттерного регистора Я,. Для этого воспользуемся правилом Лопиталя: !99 и — 1»м (»,+»,1! !!и! Яг)» =/1згьж 1; — 1/!э ь(!+длэ) /га! дмэ/га 1(ш ог)» .е= // ймэ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
