Б.А. Варшавер - Расчет и проектирование импульсных усилителей (1267368), страница 15
Текст из файла (страница 15)
При низком положении рабочей точки, которое используется в оконечных каскадах при положительной полярности выходного импульса, допустимое увеличение коллекторного тока обычно не должно превышать 10 — 20% от значения I„, + /, где ) — импульс тока (см. рис. 3.7). Прн проектировании следует иметь в виду, что стремление к высокой стабильности связано с увеличением сопротивления в цепи эмиттера и уменьшением сопротивлений резисторов, образующих делитель в цепи базы (см. рис.
3.2). Первое приводит в некоторых случаях к необходимости повысить напряжение источника питания Е„в связи с уменьшением напряжения на транзисторе, второе — к уменьшению входного сопротивления схемы стабилизации и к большему расходу тока от источника питания. Заметим, что введение в схему каскада реактивных элементов высокочастотной и низкочастотной коррекции никак не отражается на работе схемы температурной стабилизации и на положении рабочей точки, если включение указанных элементов не изменяет пути прохождения постоянного тока.
Далее в п. 2 рассматриваются способы выбора режима работы транзистора в выходном и предварительных каскадах усиления. В пп. 3 и 4 приводится методрасчетахорошозарекомендовавших себя схем температурной стабилизации режима работы транзистора с одним источником питания. Рассматриваемые способы стабилизации широко применяются в схемах полупроводниковых усилителей. 2. ВЫБОР РЕЖИМА РАБОТЫ Выбор режима работы транзистора имеет много общего с выбором режима работы электронной лампы (пентода), На рис. 3.4 представлено семейство входных и выходных характеристик ) з = ~Р(Ез) при Е, =- сопз( и I и = лр(Еи) при Ез = сопя!. Рабочая область на поле выходных характеристик ограничивается: — гиперболой предельно допустимой мощности рассеяния на коллекторе Р„ — предельно допустимым значением тока коллектора („ ,„; 4, ггаг гете Еч Ечиах Еч Рис, 3.4.
Семейство входных (а) и выходных (б) характеристик транзистора дчя схемы с общим змиттером с указанием гранин рабочей области. Построение статистической и динамической линий нагрузки Положение рабочей точки А определяется координатами точки пересечения прямой нагрузки для постоянного тока (статическая линия нагрузки) с характеристикой коллекторного тока, которая соответствует выбранному смещающему напряжению на базе Евв (см. рис. ЗА). Для часто используемой схемы, показанной на рис.
3.5, а сопротивление нагрузки для постоянного тока и угол наклона нагрузочной прямон поедставляются выражениял1и: )т- = гтэ + )хк + )~В' 1 грг = агс(я —. Р (3, 5) — предельно допустимой величиной напряжения на коллекторе Еимах) — прямой оа, отделяющей область излома характеристик коллекторного тока; — характеристикой Еа = О. Предельно допустимые значения для мощности рассеяния на коллекторе, тока коллектора, напряжения на коллекторе и температуры окружающей среды с некоторым коэффициентом запаса приводятся в справочниках (см.
также приложение 2). Через рабочую точку проходит нагрузочная прямая для переменного тока (динамическая линия нагрузки). Сопротивление нагрузки для переменного тока н угол наклона нагрузочной прямой для той же схемы равны тти км йк+ йм (Зсб) 1 сра = агс1и —, Построение нагрузочкой прямой для по оянного тока (статичес кой линии нагрузки) удобнее всего выполнять в следующем порядке: -Ел Рис. З,З, Схема реостатиого каскада с кагруикой тс„: а — с общим емиттером; б — с общим коллектором (емиттер- има поеторителе) 1) определяется вспомогательное значение 1„". дп 1„=— й 2) на оси ординат (рнс.
3.4) отмечается величина 1„', 3) соединяются прямой линией точки 1„' н Еи = Ел. Линия 1„' — Ео является нагрузочной прямой для постоянного тока. Непо- 1 средственное построение угла тр, = агс(и — на поле выходных й характеристик несколько сложнее ввиду необходимости учитывать разный масштаб по осям тока и напряжения (единица тока и единица напряжения представлены отрезками разной длины).
Построение нагрузочной прямой для переменного тока производится аналогично. Выбор режима можно произвести также по выходным характеристикам 1„= ер(Еи), где в качестве параметра используется не напряжение на базе, а ток базы. Эти характеристики несколько отличаются от выходных характеристик, где параметром служит напряжение на базе, в связи с нелинейным характером зависимости тока базы от напряжения на базе.
Приводимые далее рекомендации, касающиеся выбора режима транзистора, остаются при этом в силе. Необходимо тслько иметь в виду, что при выборе режима работы предварительного каскада вместо крутизны в рабочей точке, представляемо й отношеток оп гз с, Ь а, следует рассматривать коэффицие т у у, ределяемый как Ы„/Л(6 в той же точке. П н усиления по е. ри расчете же хха Гх 'схо Рис З.б. .б, Выбор положения рабочей точки прн малом уровне снгналрп а — на вмходимх харантврнстивах !» = рс ( Еи ) ири Еа соивсс о — на вмходнмх хврантсристнвах lв Рт ( ев ) прв /а снос~ коэффициента усиления выходного каскада амплитуду имп ль де следует определить по амплитуде импульса тока азы, используя для этого входные характеристики.
Отметим, ч ная ха акте и , что иногда в справочниках приводится лишь одна входто е. О нак р еристика для рекомендованного напряжен ия на коллек- р . д о для приближенного расчета в большинстве случаев мож- 66 но практи ктическн пользоваться приводимой характеристикой и прн других нап я апряженнях на коллекторе, поскольку входные характеристики распо располагаклся достаточно блнзко дру~ значит нтельное различие в величинах Е„. Напряжение сигнала на выходе предварительного каскада обычно мало. . Йсключение может составить предоконечный каскад, В этом случае режи ае режим предоконечного каскада выбирается па основании тех же соображений, что н Режим выходного каскада (см.
Об этом далее). Возможен также случай, когда по техническим условиям на выходе с лителя не требуется получения большого импульса напряжения, т. е. когда выходной сигнал можно счнтать малым. Прн этом теряется специфика выбора режима оконечного каскада как каскада с большим сигналом на выходе. В указанном случае режим выходного каскада следует выбирать так же, как и предварительного, Выбор режима работы предварительных каскадов усилителя.
Если обратиться к семейству выходных характеристик /„= (,(Е,) при Еа = = сопз(, то при малом уровне сигнала положение рабочей точки (рис. 3.6, а) выбирается так, чтобы соответствующая этому положению крутизна характеристики коллекторного тока имела бы возможно большее значение или, если пользоваться выходными характернстикамн /„ = ( ЯЕ„) прн токе базы в качестве параметра (рис. 3.6, б), коэффициент усиления по току был бы возможно больше.
В последнем случае следует проверить положение рабочей точки на входной характеристике (она должна лежать на этой характеристике выше ее нижнего сгиба). Лля рабочей точки А (рис. 3.6, а) крутизна характернстики опрев/„ деляется отношением — ", где ЛЕа = 1 Еаз — Еа1 ( Для рай дб бочей точки А' (рис. 3.6, б) коэффициент усиления по току находится как Л/„/з/а, где Л/а = /аз — /ан Нетрудно видеть,что крутизна в рабочей точке (иля коэффициент усиления по току) имеет большее значение, если область, где лежит рабочая точка, характеризуется относительно редким следованием характеристик коллекторного тока.
Наоборот, области сгущения характернстнк коллекторного тока (область малого напряжения на коллекторе н область малого тока коллектора) соответствует меньшее значение крутизны. При отсутствии специальных соображений следует выбрать положение рабочей точки, рекомендуемое в справочнике. Отклониться от рекомендованного режима целесообразно, например, в случае повышенных требований к экономнчности питания пли когда необходимо уменьшить рассеиваемую на коллекторе мощность для снижения температуры коллекторного перехода с целью увеличить надежность Работы усилителя. Следует, однако, иметь в виду, что более низкому положению рабочей точкн соответствует несколько меньшая крутизна хаРактеристики, а при смещении рабочей точки в сторону меньших напряжений на коллекторе увелцчивается емкость коллекторного перехода С„, что снижает добротность каскада (отношение коэффицпента усиления ко времени нарастания фронта выходного импульса).
67 Выбор режима работы выходного каскада. При выборе положения рабочей точки определяющими являются амплитуда и полярность выходного импульса. Прн расчете выходного каскада на минимальное время установления импульс коллекторного тока выбирается максимально допустимым для избранного типа транзистора с учетом возможного возрастания тока коллектора при изменении температуры.
Начиная расчет усилителя и производя выбор режима выходного каскада, следует. во 7г (Ч)7„' Рис. 3.7. Выбор режима работы выходного каскада по характеристикам 7„= =Ф 1Ех) при Ее=сонь| н импульсе положительной полярностн на выходе уси- лителя всяком случае первоначально, исходить из полного использования транзистора по импульсу тока.
Возможны три случая. 1. Выходные импульсы имеют положительную полярность (рнс. 3.7). В этом случае рабочая точка выбирается на нижнем участке нагрузочной прямой для постоянного тока при отрицательном напряжении на базе порядка 0,!в О,З В. Более высокому положению рабочей точки соответствует несколько меньший импульс тока 1 . Однако, если слишком низко опустить рабочую точку, то при этом потребуется значительно больший импульс напряжения на базе (что равносильно требованию большего коэффициента усиления от предшествующих каскадов) в связи с более частым следованием характеристик коллекторного тока при малых отрицательных напряжениях на базе. Заметим, что необходимое постоянное напряжение на базе удобно определить по входной характеристике (оно должно соответствовать началу изгиба входной харак- теристики).
Максимальный импульс тока ! определяется по прямой нагрузки для переменного тока (по динамической линии нагрузки). Приводимая далее формула (3.7) для величины максимального импульса тока учитывает возможное смещение рабочей точки и соответствующее увеличение тока коллектора при повышении температуры: ! =() — х)!„— /»и (3. 7) где /„— значение тока, соответствующее началу излома характеристик коллекторного тока; Х вЂ” коэффициент, выбираемый обычно в пределах О,! —: 0,2.
!» !»та» !» Ь~ »,-Е, Рис. З.а. Выбор режима работы выходного каскада по входной характеристине !а т (еа) при е» сонат и по выходным характеристикам 1» ((е») при !а соне( и импульсе положительной полярности на выходе усилителя Величина Х/»' показывает, какой допустим рост коллекторного тока ! „а при повышении температуры (!э/„, = Х! „'). Выбор коэффициента Х имеет важное значение прн расчете схемы температурной стабилизации рабочей точки. Коэффициент усиления каскада определяют непосредственно по выходным характеристикам как отношение амплитуды импульса напряжения У,„, на нагрузке в цепи коллектора к амплитуде импульса напряжения (Еа „ — Еа,( на базе„ т. е. К= (3.3) ( Ее мах Ее е! При использовании выходных характеристик /„=ф(Е„) при токе базы в качестве параметра построение производят аналогично (Рис 3.8). Величины Еб,х и Еп, при расчете коэффициента усиления / и находят с помощью входной характеристики по значениям тока базы а - и /се, которые, так же как Ее,„и Еб„соответствуют вершияе 69 импульса тока 1ке + 1 и постоянной составляющей тока коллектора 1 во 2.
Выходные импульсы имеют отрицатель ° н у ю п ол я р ность. Прн выходном импульсе отрицательной полярности рабочий участок динамической линии нагрузки выбирается так же, как и при импульсе положительной полярности. Соответствующее построение выполнено на рис. 3,9 н 3.! О. Ркс. 3.9. Выбор режима работы выходного каскада по характервствкам (к = =й(Е ) прв Еа сопи в импульсе отрвпателькой полярности яа выходе уся- лктелв Ехх Еалгх Рвс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
