Краткие лекции по ЭиМ (1166441), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Из чего следует,что в этой схеме входное и выходное напряжение изменяются впротивофазе. Переменная составляющая выходного напряжения проходитчерез разделительный конденсатор С2 и выделяется на нагрузке Rн. Вкачестве нагрузки может служить и входное сопротивление следующегокаскада усиления, а характер нагрузки в общем случае может бытьразличным. По переменному току нагрузка усилительного каскада RHсостоит из параллельно включенных сопротивлений RK и RH (рис. 3.28):н′ =к нк +н, (3.52)а по постоянному току - только Rк . Поэтому и линия нагрузки попостоянной и переменной составляющим будет проходить по разному. Так,если сопротивление нагрузки н′ по переменному току меньше Rк сопротивления по постоянному току, то линия нагрузки будет проходитьчерез ту же рабочую точку А, но под другим углом α’:α ' =arctg(н′ )(3.53)следовательно, линия нагрузки пойдет круче.Рассмотренные зависимости можно расположить на одном рисункетак, что в первом квадранте поместить выходные характеристикитранзистора с построенной линией нагрузки, а в третьем квадранте входные характеристики (рис.
3.29). Тогда, используя точки пересечениялинии нагрузки по переменному току с выходными характеристиками ивходные характеристики транзистора, строим характеристику управленияк = (б ) транзистора по переменному току, которая теперь, при работе снагрузкой, называется динамической.ОглавлениеРежимы работы усилительных каскадовПоскольку характеристики транзистора существенно нелинейны, то впроцессе усиления входного сигнала имеют место искажения, которыеназывают нелинейными. Величина искажений в большой степени зависитот выбора начальной рабочей точки на линии нагрузки и от амплитудывходного сигнала.
В зависимости от этого различают следующие основныережимы работы усилителя: режим класса А ; режим класса В ; режим класса АВ; режим класса С ; режим класса D.Количественно режим работы усилителя характеризуется угломотсечки 0 - половиной той части периода входного сигнала, в течениекоторого в выходной цепи транзистора протекает ток нагрузки. Уголотсечки выражают в градусах или радианах.Режим класса АЭтот режим характеризуется тем, что начальная рабочая точка,определяемая смещением, находится в середине линейного участка входнойхарактеристики, а следовательно, и характеристики передачи по току к =(б ) Амплитуда входного сигнала здесь такова, что суммарное значение(Uсм +uвх) не имеет отрицательных значений, а поэтому базовый ток iб, аследовательно, и коллекторный ток iк нигде не снижаются до нуля (рис.3.30).
Ток в выходной цепи протекает в течение всего периода, а уголотсечки θ равен 180°. Транзистор работает в активном режиме на близких клинейным участках характеристик, поэтому искаженияусиливаемого сигнала здесь минимальны. Однако из-за большогозначения начального коллекторного тока Iк0 КПД такого усилителя низкий(теоретически не более 25 %, а реальные значения и того ниже), поэтомуОглавлениетакой режим применяют в маломощных каскадах предварительногоусиления.Режим класса ВЭтот режим характеризуется тем, что начальная рабочая точканаходится в начале характеристики передачи по току к = (б ) (рис.
3.31).Ток нагрузки протекает по коллекторной цепи транзистора только в течениеодного полупериода входного сигнала, а в течение второго полупериодатранзистор закрыт, так как его рабочая точка будет находиться в зонеотсечки. КПД усилителя в режиме класса В значительно выше (составляет60...70 %), чем в режиме класса А, так как начальный коллекторный ток Iк0здесь равен нулю. Угол отсечки θ равен 90°. Однако у усилителей класса Весть и существенный недостаток - большой уровень нелинейных искажений(колоколообразные искажения), вызванных повышенной нелинейностьюусиления транзистора, когда оннаходитсявблизирежимаотсечки.Для того чтобы усилитьвходной сигнал в течение обоихполупериодов,используютдвухтактные схемы усилителей,когдавтечениеодногополупериода работает один транзистор, а в течение другого полупериода второй транзистор в этом же режиме.На рис.
3.32 представлена схема двухтактного эмиттерногоповторителя на транзисторах противоположного типа, но с идентичнымипараметрами, образующих так называемую комплементарную пару. Дляпитания коллекторной цепи используется два одинаковых источникапитания Eк1 и Eк2, которые создают обратное включение коллекторныхпереходов.
Резисторы RI и R2 одинаковы, при uвх = 0 они фиксируютпотенциал баз транзисторов, равный потенциалу корпуса.Режим класса В обычно используют преимущественно в мощныхдвухтактных усилителях, однако в чистом виде его применяют редко. Чащев качестве рабочего режима используют промежуточный режим класса АВ.Режим класса АВРежимуусиленияклассаАВсоответствуетрежимработыусилительного каскада, при котором ток в выходной цепи протекает большеполовины периода изменения напряжения входного сигнала.Этот режим используется для уменьшения нелинейных искаженийусиливаемого сигнала, которые возникают из-за нелинейности начальныхучастков входных вольт-амперных характеристик транзисторов (рис.
3.33).Привходногоотсутствиисигналаврежиме покоя резисторнемногоприоткрытичерез него протекает ток,составляющий 10...15% отмаксимального тока призаданномвходномсигнале. Угол отсечки вэтом случае составляет 120...130°.ОглавлениеПри работе двухтактных усилительных каскадов в жиме класса АВпроисходит перекрытие положительной и отрицательной полуволн токаплеч двухактного каскада, что приводит к компенсации нелинейныхискажений, существующих за счет нелинейности начальных участковвольтамперных характеристик транзистора.Схема двухтактного усилительного каскада, работающего в классеАВ, приведена на рис.
3.34.Коллекторные токи покоя Iк01иIк02задаютсянапряжениемсмещения, подаваемым на базытранзисторов с сопротивлений R2 иR3, и составляют незначительнуючастьмаксимальноготокавнагрузке:Iк01,02 = (0.05... 0.15)Iк max,вследствиеэтогорезультирующаяхарактеристикауправлениядвухтактной схемы классаАВ принимает линейныйвид(штрихпунктирнаялиния на рис. 3.35).НапряжениясмещениятранзисторовVTI и VT2 определяютсякакUбэ 01 = UR2; Uбэ 02= UR3Ток делителя R1, R2, R3, R4 должен быть не менее Iб max :Iд =(3…5)Iб max .Чем ближе работа усилительного каскада к классу А (чем больше уголотсечки < < ), тем меньше КПД, но лучше линейность усиления.2КПД каскадов при таком классе усиления выше, чем для класса А, номеньше, чем в классе В, за счет наличия малого коллекторного тока Iк0.Режим класса СВ режиме класса СрабочаяточкаАрасполагаетсявышеначальнойточкихарактеристикипередачи по току (рис.3.36).Здесьтокколлекторной цепи протекает в течение времени, которое меньше половиныпериода входного сигнала, поэтому угол отсечки θ < 90°.
Поскольку большеполовины рабочего времени транзистор закрыт (коллекторный ток равеннулю), мощность, потребляемая от источника питания, снижается, так чтоКПД каскада приближается к 100%. Из-за больших нелинейных искаженийрежим класса С не используется в усилителях звуковой частоты, этот режимнашел применение в мощных резонансных усилителях (например,радиопередатчиках).Режим класса DИначе этот режим называется ключевым режимом. В этом режимерабочая точка может находиться только в двух возможных положениях:либо в зоне отсечки (транзисторзаперт и его можно рассматриватькак разомкнутый ключ), либо взоненасыщения(транзисторполностью открыт и его можнорассматриватькакзамкнутыйключ).
В активной зоне рабочаяточка находится только в течениеОглавлениекороткого промежутка времени, необходимого для перехода её из однойзоны в другую. Поэтому при работе в ключевом режиме линия нагрузкиможет на среднем своем участке выходить за пределы гиперболыдопустимых мощностей, при условии, что переход транзистора иззакрытого состояния в открытое и наоборот производится достаточнобыстро (рис. 3.37).Как уже было показано выше, транзистор в режиме отсечки можнопредставить в виде разомкнутого ключа, так как практически всенапряжение источника питания падает между его эмиттером и коллектором,а ток коллектора Iк близок к нулю.
Входное напряжение Uвх приложено кэмиттерному переходу транзистора в запирающем направлении (рис. 3.38).В режиме насыщения во входной цепи транзистора протекаетдостаточно большой ток базы, при котором ток коллектора достигаетмаксимального значения Iк нас2 , близкого к Iк max , - максимальновозможному току в цепи источника питания.
При этом напряжениетранзистора имеет минимальное значение Uкэ0, близкое к нулю, чтопозволяет представить транзистор в виде замкнутого ключа. Отсюда иназвание этого режима работы - ключевой. В режиме насыщениянапряжение на коллекторном переходе Uбк может быть определено:Uбк=−к + к к + бэ (3.54)В обычном режиме напряжение Uбк смещает коллекторный переходв обратном направлении, т.е. Uбк < 0.Учитывая то, что в режименасыщенияUбэслагаемымвможно≈0,третьимвыражениипренебречь.(3.32)Тогдапридостаточно большом базовом токе Iб,ток коллектора Iк = βIб , где β коэффициент передачи по току, может достичь величины, при которойк к ≥ к .(3.55)При выполнении этого условия знак Uбк в выражении (3.54)изменится на противоположный: Uбк >0, т.е. коллекторный переход будетсмещен в прямом направлении, так же как и эмиттерный.
Минимальноезначение базового тока, при котором выполняется условие (3.55),называется током насыщения Iб нас. Выражение (3.55) называют критериемнасыщения транзистора. Чем больше базовый ток значения I б нас, темглубже насыщение транзистора, тем больше заряд инжектированных изэмиттера носителей накапливается в базе. Относительное значение этогопревышения называется степенью насыщения N транзистора:=б − б насб нас(3.55)Рассмотримпереходныйпроцесс переключения транзистора.Пусть на вход транзистора подансигнал (рис. 3.39).
На интервале 0…t1эмиттерныйпереходсмещенвпрямом направлении и по немупротекает базовый ток Iб. При этомток в коллекторной цепи начнет протекать с задержкой на время t3, котороетребуется инжектируемым в базу носителям для прохождения расстояния,равного ширине базовой области.Затем коллекторный ток нарастает постепенно в течение времени чтосвязано с процессом накопления носителей в базе. После окончаниявходного импульса в точке t1 входной сигнал меняет полярность;эмиттерный переход смещается в обратном направлении и инжекцияносителей в базу прекращается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
