Краткие лекции по ЭиМ (1166441), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Рассмотрим каждую из этих схем.В соответствии со вторым законом КирхгофаОтсюда находим ток коллектора /к:Схема с фиксированным током базы (рис. 2.14). На подобных схемахисточник напряжения Ек обычно не изображают.что соответствует линейной зависимости вида =В соответствии со вторым законом КирхгофаОтсюда находим ток базы /б:Будем пренебрегать напряжением u6$ так как обычноЭто уравнение описывает так называемую линию нагрузки (как и длясхемы с диодом).
Изобразим выходные характеристики транзистора илинию нагрузки (рис. 2.15).ОглавлениеТаким образом, в рассматриваемой схеме ток i6 задается величинамиЕк и R6 (ток «фиксирован»). При этом‘к ~ Рст ‘ h + I'mПусть i6 = igi. Тогда HPT займет то положение, которое указано нарис. 2.15. Легко заметить, что самое нижнее возможное положениеначальной рабочей точки соответствует точке Y (режим отсечки, i6 = 0), асамое верхнее положение — точке Z (режим насыщения, i6 > /#).Схему с фиксированным током базы используют редко по следующимпричинам:привоздействиидестабилизирующихфакторов(например,температуры) изменяются величины Рст и /до, что изменяет ток /*# иположение начальной рабочей точки;для каждого значения Рст необходимо подбирать соответствующеезначение R6, что нежелательно при использовании как дискретныхприборов (т. е.
приборов, изготовленных не по интегральной технологии),так и интегральных схем.Схема с коллекторной стабилизацией (рис. 2.16). Эта схемаобеспечивает лучшую стабильность начального режима. В схеме имеетместо отрицательная обратная связь по напряжению (выход схемы —коллектор транзистора соединен со входом схемы — базой транзистора спомощью сопротивления R6). Рассмотрим ее проявление на следующемпримере. Пусть по каким-либо причинам (например, из-за повышениятемпературы) ток iK начал увеличиваться.
Это приведет к увеличениюнапряжения и уменьшению напряжения икэ и уменьшению тока i6 (if. чтобудет препятствовать значительномуувеличению тока iK, т. е.будет осуществляться стабилизация тока коллектора.ОглавлениеСхема с эмиттерной стабилизацией (рис. 2.17). В зарубежнойлитературе такую схему называют схемой с Н-смещением (конфигурациясхемы соответствует букве Н). Основная идея, реализованная в схеме,состоит в том, чтобы зафиксировать ток /э и через это ток iK (iK~ /э). Суказанной целью в цепь эмиттера включают резистор R3 и создают на немпрактически постоянное напряжение ыд,.
При этом оказывается, чтоДлясозданиятребуемогонапряженияиспользуютделительнапряжения на резисторах R\ и /?2- Сопротивления R] и Т?2 выбираютнастолько малыми, что величина тока ig практически не влияет на величинунапряжения Нд2 • При этомВ соответствии со вторым законом КирхгофаПри воздействии дестабилизирующих факторов величина ибэизменяется мало, поэтому мало изменяется и величина и/ь. На практикеобычно напряжение нд, составляет небольшую долю напряжения Ек.Различают следующие режимы работы транзистора (классы работы):А, АВ, В, С и D.
Рассматриваемые /?С-усилители обычно работают врежиме А. В режиме А ток коллектора всегда больше нуля (/*. > 0). Приэтом он увеличивается или уменьшается в зависимости от входного сигнала.В режиме В1КН = 0, поэтому ток коллектора может только увеличиваться.При синусоидальном входном сигнале в цепи коллектора протекаютположительные полуволны тока. Режим АВ является промежуточныммежду режимами А и В. В режиме С на вход транзистора подаетсяначальное запирающее напряжение, поэтому в цепи коллектора в каждыйпериод входного сигнала ток протекает в течение времени меньшего, чемполовина периода. Режимом D называют ключевой режим работы(транзистор находится или в режиме насыщения, или в режиме отсечки).Усилитель с эмиттерной стабилизациейРассмотрим ЛС-усилитель, в котором транзистор включен по схеме собщим эмиттером и используется эмиттер- ная стабилизация начальногорежима работы (рис.
2.18).Конденсатор С\, называемый разделительным, препятствует связи попостоянному току источника входного сигнала с усилителем, что можетвызвать нарушение режима работы транзистора по постоянному току.Конденсатор <?2, также называемый разделительным, служит дляразделения выходной коллекторной цепи от внешней нагрузки попостоянному току. Конденсатор Сэ обеспечивает увеличение коэффициентаусиления усилителя по напряжению, так как уменьшает амплитудупеременной составляющей напряжения и^э (говорят, что конденсатор Сэликвидирует отрицательную обратную связь на переменном токе).ОглавлениеЛегко заметить, что для рассматриваемой схемы линия нагрузки напостоянном токе (ЛН=, при ивх = 0) описывается следующим выражением,полученным при замене тока эмиттера током коллектора (так как i$~ iK):Пусть параметры элементов схемы таковы, что в начальном режимеработы i6 = fa.
Соответствующее положение начальной рабочей точкиуказано на рис. 2.19. На основании приведенного выше краткого анализасхемы с эмиттерной стабилизацией получаемПри расчетах часто принимают, что ибЭ=0,6...0,7 В (для кремниевыхтранзисторов). Пренебрегая током Гко, получаем ig = Рст • i6. Учитывая, что/9= ig+ i6, получаем•_h1в — j + p • Отсюда следует, что в схеме с эмиттернойстабилизацией ток базы непосредственно зависит от того, какоезначение коэффициента Рст будет иметь конкретный используемыйтранзистор.
Если значение коэффициента Рст окажется большим, то токбазы будет малым, и наоборот.Предположим, что напряжение питания задано и требуетсяобеспечить начальный режим работы при заданном начальном токе 1К н.Изложим порядок предварительного определения величин Яэ, R[ иR2.Затем, учитывая, что i3 ~ ig, определяют Rg:Напряжение ид? выбирают из соотношенияОпределяют максимальный ток базы iбМакс> соответствующийминимальному значению $мии коэффициента |3:Выбирают ток ifa, делителя напряжения на резисторах Rx и /?2,протекающий при отключении базы транзистора от делителя. При этомпользуется соотношением^дел ~ (8... 10) * iб,макс•Находят сумму сопротивлений Rx+R2 :Определяют напряжениемяэ + ибэОглавлениеи, используя вычисленное выше значение суммы (Rx+R2), получаютПри этом считают, что (0,6...0,7) В.
ОпределяютИзложенный порядок расчета величин R3, Rx и R2, а также другиеподобныеметодикиматематическогорасчетаэлектронныхмоделированиясхемсоставлялидоосновупримененияручногопроектирования устройств электроники. После подобных расчетов изконкретных электрорадиоэлементов изготавливали макет устройства и врезультате его практического исследования уточняли значения параметровэлементов схемы (к примеру, определяли действительно необходимоезначение R3).В настоящее время значение подобных расчетов состоит в том, чтоони:во-первых, помогают уяснить взаимосвязь различных параметровэлементов электронной схемы, т.
е. позволяют более глубоко проникнуть всущность явлений, имеющих место в этой схеме;во-вторых, позволяют получить предварительные, ориентировочныезначенияпараметровэлементов,которыеиспользуютсяприматематическом моделировании для определения окончательных значений.Проведем анализ усилителя с эмиттерной стабилизацией.
Посколькув данной схеме действуют одновременно постоянные и переменныенапряжения, то осуществляют анализ схемы сначала по постоянному току,а затем по переменному. Но для этого вначале изображают эквивалентнуюсхему замещения усилителя, заменяя транзистор его эквивалентной схемойзамещения. Для упрощения анализа часто в эквивалентной схеме замещениятранзистора источником тока Гко и резистором г'к пренебрегают, так как г'квелико (г'к ->°°)> а Гко мало (/"ко-»0). Получают эквивалентную схемузамещения усилителя (рис.
2.20).Параметры элементов усилйтеля (в частности, емкости конденсаторовCj, С2и Сд) выбирают таким образом, чтобы в области средних частотпеременные составляю-щие напряжений на конденсаторах Сь С2 и Сэ были пренебрежимомалы.Полезноотметить,чтоамплитудыуказанныхпеременныхсоставляющих зависят не только от емкостей Си С2 и Сэ.
В соответствиис^йзЛозсенным в линейной эквивалентной схеме для средних частотсопротивлениями указанных конденсаторов пренебрегают.Транзистор для усилителя/выбирают таким образом, чтобы в областисредних частот ухудшение его усилительных свойств при увеличениичастоты было незначительным.Если обратиться к комплексномукоэффициенту р,то сказанное означает, что выбирают транзистор с такой предельнойчастотой fnpeg, которая не меньше наибольшей частоты из области среднихОглавлениечастот. Поэтому в линейной эквивалентной схеме усилителя для среднихчастот не используют емкости транзистора, а коэффициент Р считаютвещественным и постоянным.В соответствии с изложенным, а также с целью упрощения расчетов,в эквивалентной схеме транзистора оставлены только резисторы ссопротивлением гб, гэ и источник тока, управляемый током Р • i6.Поскольку нас интересуют только переменные составляющие токов инапряжений, то величиной Ек и сопротивлением источника питания Екпренебрегают.
Будем считать, что /?/■= О и влиянием резисторов R\ и /?2 накоэффициент усиления переменного сигнала ивх можно пренебречь.Рассмотрим линейную эквивалентную схему для средних частот,изображенную на рис. 2.21.Ценность этой схемы не ограничивается тем, что она позволяетвыполнить ручной расчет режима усиления. Еще более важно то, что этасхема помогает уяснить влияние параметров различных элементовусилителя на способность усиливать входной сигнал. Из этой схемы хорошо видно, что для переменных составляющих токов инапряжений резисторы R% и /fa включены параллельно. При ручныхграфических расчетах этот факт находит отражение в том, что на выходныххарактеристиках строят так называемую линию нагрузки на переменномтоке JIFL, наклон которой определяется величинойВыше указывалось, что наклон линии нагрузки на постоянном токеJIH= определяется величиной /fa+ /fa.
Именно по линии JIH_ перемещаетсярабочая точка РТ (не НРТ!), характеризующая режим работы усилителя приналичии переменного входного сигнала ивх. На рис. 2.22 указана амплитудаUHm напряжения на нагрузке и#, равная амплитуде переменнойсоставляющей напряжения и^э, и соответствующие предельные точки к и ена линии ЛН~.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
