Краткие лекции по ЭиМ (1166441), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Но поскольку в базе был накопленнекоторый заряд носителей, то ток коллектора еще в течение времени tpбудет поддерживаться, а затем снижаться до нуля в течение времени tф2.Время tp называют временем рассасывания неосновных носителей в зонебазы. Таким образом, импульс коллекторного тока существенно отличаетсяОглавлениеот входного импульса в первую очередь тем, что имеет заметные фронтынарастания и спадания.Фронт спадания коллекторного тока в основном определяетсястепенью насыщения транзистора. Поэтому с целью избегания глубокогонасыщения в цепь базы обычно вводят ограничительное сопротивление Rб(рис. 3.38). А с целью уменьшения времени включения tф1 этоограничительное сопротивление шунтируют конденсатором Cф, который впервый момент времени шунтирует сопротивление Rб и поэтомуобеспечиваетбыстроенарастаниебазового,аследовательно,иколлекторного тока Iк.
Затем, когда он зарядится от источника входногосигнала, ток базы потечет уже через ограничительное сопротивление Rб ибудет ограничен рост тока Iб и, следовательно, степень насыщениятранзистора.КонденсаторCфпоэтомуназываютфорсирующим(ускоряющий процесс включения транзистора).Рассмотрим диаграмму, отражающую величину потерь в транзисторе,работающем в ключевом режиме.
На рис. 3.40, а представлена формавходного импульса (ток базы Iб). На рис. 3.40, б упрощенно изображенаформа импульса коллекторного тока Iк.Для простоты будем считать, что ток базы Iб нарастает в течениефронта tф1 линейно до величины Iк max и в течение фронта tф2 спадает довеличины обратного тока коллекторного перехода Iк0 . На рис. 3.41, впоказано изменение напряжения на коллекторе Uк от максимальногозначения, приближенно равного Ек, до минимального значения Uк0.На рис. 3.40, г представлена мощность Р, рассеиваемая натранзисторе:ф1кф1п1111 = ∫ кэ к + ∫ к0 к + ∫ кэ к + ∫ к к 0ф1иф2где T - период следования импульсов; ф1 и ф2 - длительность фронтанарастания и спадания тока; uк и iк - мгновенное значение тока инапряжения в течение фронтов нарастания и спадания, tи - длительностьимпульса коллекторного тока; tп - длительность паузы между импульсами.Из выражения (3.57) следует,что второе слагаемое, несмотря набольшуювеличинуIкmaxисчезающе мало, так как Uк0 ≈ 0.То же можно сказать и о четвертомслагаемом, которое очень мало изза того, что Iк0 ≈0.
Таким образомполучается,чторассеиваемаянамощность,транзисторе,работающем в ключевом режиме, аследовательнотранзистора,определяетсяивнагревосновномдлительностью1фронтов, tф1 и tф2 и, частотой следования импульсов = .Потери мощности на транзисторе, обусловленные указаннымипричинами, называются динамическими потерями или потерями напереключение. С целью снижения этих потерь следует уменьшатьдлительностью фронтов нарастания и спадания тока транзистора. Для этогослужат так называемые форсирующие цепи, которые принудительноускоряют процесс нарастания и спадания тока. В ключевом режиме КПДоказываетсяоченьвысоким,близкимк100%.Этотрежимпреимущественно используется в силовых транзисторах, работающих всхемах бесконтактных прерывателей постоянного и переменного тока.Выводы:ОглавлениеКПДусилительногокаскадаопределяетсярежимомработытранзистора и связан с углом отсечки.Различают режимы работы транзистора с отсечкой выходного тока(AB, В, С, D) и без отсечки (А), когда выходной ток протекает в течениевсего периода входного сигнала.Усилительный каскад, работающий с отсечкой выходного тока, имеетнаибольший КПД.Влияние температуры на работу усилительных каскадовТранзисторы установленные в электронной аппаратуре, во времяработы подвергаются нагреванию как за счет собственного тепла,выделяющегося при протекании по ним тока, так и за счет внешнихисточников тепла, например, расположенных рядом нагревающихсядеталей.Какуказывалосьужевыше,изменениетемпературыоказываетзначительноевлияниенаработуполупроводниковыхприборов.Вэтомотношении не составляютисключения и транзисторы.
В качестве иллюстрации этого приведемпример изменения под действием температуры входных и выходныхстатических характеристик транзистора, включенного по схеме с общимэмиттером (рис. 3.41).Расчеты показывают, что при таком значительном изменениихарактеристик, а с ними и параметров, работа усилительного каскада вусловияхменяющейсятемпературыможетстатьсовершеннонеудовлетворительной.
Для устранения этого недостатка в схемыусилителей вводится температурная стабилизация. В первую очередь этокасается стабилизации положения начальной рабочей точки. Наибольшеераспространение для этой цели получили две схемы стабилизации:эмиттерная стабилизация и коллекторная стабилизация.Схема эмиттерной стабилизацииВсхемеусилительногокаскада на рис. 3.42 в цепьэмиттеравключеносопротивлениешунтированноеR3,конденсаторомС3. Для создания смещения здесьиспользуется делитель напряжения R1-R2.
В соответствии с выбраннымположением начальной рабочей точки, определяемой напряжениемсмещения, в коллекторной цепи транзистора протекает начальныйколлекторный ток Iк0. Этот ток создает на эмиттерном сопротивлении Rэпадение напряжения:URэ = Iк0Rэ. (3.58)Полярность этого падения напряжения направлена навстречупадению напряжения на сопротивлении R2 делителя напряжения,создающего напряжение смещения. Поэтому результирующее напряжение,определяющее смещение ра- чей точки составляет:Uбэ0 = UR2 − URэ = Iд R 2 − Iк0 R э .
(3.59)Приповышениитемпературытранзистораегоначальныйколлекторный ток Iк0 возрастает, и следовательно возрастает второеслагаемое в (3.59). Это приводит к снижению величины напряжения на базеUбэ0 и к уменьшению тока базы смещения Iб см и к снижению начальногоколлекторного тока Iк0 . То есть в данной схеме имеет место передача частиэнергии усиливаемого сигнала из выходной цепи усилителя во входную, чтоназывается обратной связью.Если подаваемый с выхода на вход усилителя сигнал обратной связинаходится в противофазе с входным, ослабляет его, то такая обратная связьОглавлениеназывается отрицательной, а если наоборот, сигнал обратной связинаходится в фазе с входным сигналом и усиливает его, то такая обратнаячасть называется положительной.В нашем случае сигнал обратной связи UR вычитается из напряженияUR2, приложенного к входу усилителя, то есть обратная связь здесьотрицательная,апосколькусигналобратнойсвязиэ = к0 эпропорционален выходному (коллекторному) току, то такая обратная связьназывается обратной связью по току.
Легко показать, что отрицательнаяобратная связь уменьшает коэффициент усиления усилителя, но затостабилизирует его начальную рабочую точку. Для того чтобы усиливаемыйполезный сигнал (сигнал переменного тока) не ослаблялся под действиемвводимой обратной связи, параллельно сопротивлению обратной связи Rэвключается конденсатор Сэ. Имея малое сопротивление по переменнойсоставляющей, он пропускает ее через себя, а постоянная составляющая Iк0протекает через Rэ. Поэтому в сигнале обратной связи нет падениянапряжения от переменной составляющей, и следовательно не будетуменьшаться коэффициент усиления.Схема коллекторной стабилизацииВ этой схеме (рис. 3.43,а)стабилизацияосуществляетсявведениемотрицательнойобратнойсвязипонапряжению.Действительно,повышениипритемпературывозрастает начальный токколлектора Iк0.
Это приводиткувеличениюпадениянапряжениясопротивлениинаRкикуменьшению напряжения Uкэ0 :кэ0 = к − к0 к , (3.60)т.е. отрицательный потенциал коллектора относительно эмиттерабудет уменьшаться; а поскольку он через резистор Rб приложен к базетранзистора, то и отрицательный потенциал базы относительно эмиттерабудет уменьшаться, т.е. будет снижаться начальный базовый ток (токсмещения), а начальный коллекторный ток вернется к прежнему значению.Здесь, так же как и в предыдущей схеме под действием сигналаобратной связи стабилизируется начальный коллекторный ток к0 .
Чтобыпри этом не снижать коэффициент усиления по переменной составляющейи не ослаблять полезный сигнал, в схему вводят конденсатор Cф (рис. 3.43,б).В этом случае резистор Rб заменяют двумя резисторами Rб1 и Rб2.Переменная, составляющая коллекторного напряжения, замыкается черезконденсатор Cф и практически не оказывает влияние на напряжение UбэОглавлениетранзистора, а следовательно и на коэффициент усиления полезногосигнала.Составной транзисторСоставным транзистором называется соединение двух и болеетранзисторов,эквивалентноеодномутранзистору,носбольшимкоэффициентом усиления или другими отличительными свойствами.Известно несколько схем составного транзистора.1.СхемаДарлингтона.Онахарактеризуется тем, что входные цепивсех входящих в нее транзисторовсоединеныпоследовательно,авыходные цепи - параллельно (рис.
3.44). Транзисторы VT1 иVT2, входящие в состав составного транзистора, можно представить ввиде одного транзистора с выводами эмиттера (Э), базы (Б) и коллектора(К). Коллекторный ток составного транзистора равен сумме коллекторныхтоков, входящих в него транзисторов:к = к1 + к2.(3.61)Коллекторный ток транзистора VT1:Iк1 = β1 Iб1 = β1 Iб (3.62)где β1— коэффициент усиления по току транзистора VT 1. Коллекторный ток транзистора VT2 :Iк2 = β2 Iб2 (3.63)где β2 - коэффициент усиления по току транзистора VT 2. Iб2 - токбазы транзистора VT 2 .Учитывая, что Iб2 = Iк1 + Iб , получаемк2 = 2 (б + к1 ) = 2 (б + 1 б )Коэффициент усиления по току составного транзистора:=кб=к1 +к2б(3.65)Подставляя сюда значения к1 и к2 , получаем = 1 + 2 + 1 2 (3.65)Входное сопротивление составного транзисторавх = вх1 + вх2 (1 + 1) (3.66)где вх1 и вх2 - входные сопротивления транзисторов VT 1 и VT 2.соответственно. Выходное сопротивление составного транзисторавых =вых1 вых2вых1 +вых2(3.67)гдевых1 и вых2 - выходные сопротивления транзисторов VT 1 и VT2,соответственно.
Очевидно, что мощность транзистора VT2 должна бытьбольше мощности транзистора VT 1, т.к Iк2 ≫ Iк1.Следует отметить, что в схему составного транзистора Дарлингтонаможет быть включено и большее количество отдельных транзисторов.Составной транзистор на комплементарных транзисторах (рис. 3.45) транзисторах противоположных типов электропроводности р—п—р и п—р—п. Эта схема составного транзистора эквивалентна ному повторителю транзистору, включенному по схеме с общим коллектором.
Он имеетбольшое входное сопротивление и малое выходное, что очень важно вовходных каскадах усиления.Составной транзистор, выполненный по так называемой каскоднойсхеме (рис. 3.46). Она характеризуется тем, что транзистор VT1 включен посхеме с общим эмиттером, а транзистор VT2 - по схеме с общей базой. Такойсоставной транзистор эквивалентен одиночному транзистору, включенномупо схеме с общим эмиттером, но при этом он имеет гораздо лучшиечастотные свойства и большую неискаженную мощность в нагрузке.ОглавлениеВыводы:1. Соединение из двух или трёх транзисторов - ставной транзистор позволяет получить существенное увеличение коэффициента усиления потоку или другие отличительные свойства по сравнению с одиночнымтранзистором.Усилители постоянного токаУсилителями постоянного тока называют такие устройства, которыемогут усиливать медленно изменяющиеся электрические сигналы, то естьони способны усиливать и переменные и постоянные составляющиевходногосигнала.разновидностейУсилителипостоянного(дифференциальные,токаоперационные,имеютмногоусилителиспреобразованием входного сигнала и др.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
