Усилительные устройства (558678), страница 3
Текст из файла (страница 3)
На это указывает стрелка на изображении затвора, показывающая направление прямого тока через переход между затвором и каналом (от анода к катоду). Этот переход должен быть запертым, т.е. и „, должно быть отрицательным. Для схемы на рис.4.13 можем записать: Из, изи = ~з — ии = Š— ~с~и . Рз +Аз Ток стока (, протекает по цепи Е;Р,;И„; АП; И„, создавая на л, Ри положительное напряжение РсИ,, Напряжение и- образуется в результате деления напряжения Е д на делителе Лз, Кз .
Оно также З! я2 Ту же самую точку покоя можно получить и при и. = О, т.е. при йз = (отсутствие делителя напряжения). Однако, если транзисторы обладают разбросом характеристик (1,2 на рис.4.14), то будет наблюдаться больший разброс токов покоя (1 . „„.„; 1с,„,„), так как при этом пришлось бы уменьшить величину резистора Ии, который создает отрицательную обратную связь по току на постоянном токе и, следовательно, стабилизирует ток ! при смене транзисторов (как и при изменении температуры). Таким образом, стабилизирующая роль резистора в цепи общего электрода (Ви, Ю ) имеет место и для полевых и биполярных транзисторов. Для полевых транзисторов обедненного типа делитель напряжения в цепи затвора в принципе не обязателен, так как нужное положение воряет требованиям по искажениям сигнала и динамическому диапазо- ну, его следует реализовать в усилителях на полевых транзисторах, если нет, то его реализация не обязательна, так как полевые транзисторы и в других режимах обладают достаточной термостабильностью.
Вопросы для самоконтроля 1. Как рассчитать У-параметры биполярного транзистора? 2. Какие величины надо знать, чтобы рассчитать частотную, температурную и режимную зависимости У-параметров биполярного транзистора? 3. Как рассчитываются У-параметры полевого транзистора? 4. Как выбирается рабочая точка активного прибора? рабочей точки можно получить только с помощью резистора Лп (паде- ние напряжения на нем за счет тока 1с имеет "правильную" поляр- 5. Как работает коллекторная термостабилизация биполярного транзистора? 5. АПЕРИОДИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ Основное свойство апериодических усилителей — отсутствие ярко выраженных резонансных явлений. Резонансы в них носят вспомогательный или паразитный характер. В большинстве случаев основным нагрузочным элементом таких усилителей является резистор, хотя имеются усилители с трансформаторной или дроссельной нагрузкой. Далее в основном будем рассматривать резистивные усилители.
5.1. Резистивиые усилители с емкостиой связью Считаем, что мы имеем дело с одиночным каскадом многокаскадного усилителя на активных однотипных приборах с одинаковыми параметрами. К данному каскаду относится все, что включено между входным электродом его активного прибора и входным электродом следующего (нагрузкой). Типовая схема подобного каскада приведена на рис.5.1 без конкретизации типа активного прибора. Им может быть биполярный или полевой транзистор, или электронная лампа. Разделительный конденсатор (сигнала).
Одной и той же принципиальной схеме может быть сопоставлено множество эквивалентных схем, отличающихся в деталях, но в основном адекватных друг другу. При этом, естественно, эквивалентная схема должна содержать элементы, влияющие на процессы, протекающие в реальном устройстве, для которых в практике расчетов могут быть оценены любыми способами их количественные значения.
В противном случае усложнение эквивалентной схемы (модели) бессмысленно. В качестве примера примем следующие условия составления эквивалентной схемы резистивного усилителя (рис.5.1): 1) пренебрегаем внутренней обратной связью (проводимостью 1;2 ) в активных приборах„ 2) считаем, что входная и выходная полные проводимости равны их статическим значениям, т.е.
К„„, „„„, = 1'„, У„'„,„„,„„= У,2; 3) считаем, что входная и выходная проводимости представлены в виде параллельного соединения активной проводимости С и емкости С,т.е. 1'„=6„+ увС„; К, =022+~оС„; Как видим, АЧХ и ФЧХ связаны соотношением 1 гп(И) = = соя ~р(ж) . Рис.5.3 го" усилителя г„>)т„, каждое из уравнений (5.3) можно разбить на «2~ два — для областей высших и низ- о 2~ (5.1) ших частот: «22 + «Н «1+ «2 Опуская индекс и, обозначая К„в5, 722 = — У,. и принимая, напри1,, ! ., ! ~+(ЮТ„)' и л/2 МЕря «~~ ю «~ = /Шср я 1~2 +,Ф~С2 я «3 + .Ф~~ ! я у„(м) = — агс~даг,„+ (л);(5.7б) Р Н Сопоставляя рис.
5,2 и рис. 5.3 легко заметить, что общую формулу (3.9) можно применить к схеме на рис. 5.3, если ° °, принять Гн=т',+ —... а коэф«",+ «'2 фициент усиления; задаваемый (3.9), умножить на коэффициент деления выходного напряжения за счет наличия последовательной проводимости г', .
Тогда получим: Графическое изображение АЧХ и ФЧХ усилителя приведено на рис.5.4. Поскольку для "нормально- ровании усилителя и свободной единственной величиной для ее реализации является Р„. Из ~5.9а) следует, что причем контур интегрирования на комплексной плоскости проходит вдоль оси ординат (а=О) и замыкается по окружности бесконечно большого радиуса в левой полуплоскости.
Очевидные преобразования (5.2) позволяют записать: 1 Р= 2тС/,' Ко (5.11) ~~отн КО К(ув) = уат„+ уат„~'сот, +1 1 .l о ты тн Отсюда находится Л„, так как Л=(Л„1Л,1Л„), а величины Л,. и Р„известны по справочным данным из расчетов режима и термостабильности. Если задана нижняя граничная частота, то для ее реализации необходимо знание соответствующего значения Ср . Откуда следует ( уа = р ): рКо рКо К(р) = 1+ рт„+ р-т„т„ ти 1 т.Ыр-р1)Ь-р.) т„т„т„ '" = 2.~. (л, + (л„1 л,)) 1 где р,,= — — 1 2Т„ Абсолютная величина С„зависит, как видно, от значения Яр и (5.21) (5.22) при ~-~ Ь(]) = е '~ н .
(5.18) В соответствии с введенными ранее определениями (см. гл.2) из (5.17) легко найти время установления Ь -~о9 ~о~ =2 Згн 0 1тн — 2 2~ (5.19) и время спада из (5.18) 1,.„= 2,Зон = 101. (5.20) По заданному времени установления из (5.19) находится общее сопротивление й и Л„(Р =(Л„~И~В„)) Я =~, !2,2С, а из (5.20) — емкость разделительного конденсатора с„= сп 2,3(й„+(Р„~й,)) т т т И И 1п(1 — Л) Л (5.26) Если входное воздействие — импульс длительностью г„, то его форма на выходе определяется суперпозицией двух переходных характеристик — реакций на скачок входного напряжения в момент времени ~ =О и отрицательный скачок напряжения в момент времени ! =т„, гасящий первоначальный скачок (рис.5.6).
Как видно, при этом выходной импульс приобретает характерные искажения — скол вершины и обратный выброс, по величине равный сколу, который принято оценивать в относительных величинах: Ь(~) . — Ь(т ) (5.25) Ь(!)„,„., т„ Если скол задан, то из (5,25) можно рассчитать необходимую величину т„: и но что чем меньше т еб емое в емя установления, тем мень- Как видим, способность усилителя воспроизводить медленные Применительно к схеме на рис. 5,1 рассмотрим влияние на характеристики усилителя цепочки фильтра В, Сф. Ясно, что эта цепь проявляет свое влияние в области низших частот, так как сопротивление емкости С, при понижении частоты сигнала увеличивается и на Я начинает по- Рис.5.9 Рис.5.7 являться переменное напряжение. Эквивалентная схема для области низших частот с учетом фильтровой и разделительной цепей изображена на рис.5.9.
Принято, что Я, -~ и на работу схемы не влияет. Для анализа схемы используем формулу (5.1), принимая, что )'2, и5; 1',2 — — У =О; '1! 1 1 ~ 1' =,/ЩС ' У2= ' УЗ= После весьма громоздких При заданном сколе из (5.33) можно определить необходимую величину т„, а так как Я известно, то ф) ~п(м) (5.34) Из изложенного следует ряд практических выводов. Во-первых, само условие оптимальности (5.31) не содержит А,, что объясняется тем, что при ~ = О весь ток в цепи Л„СФ протекает через Сф и только по мере заряда С, начинается перераспределение тока.
Во-вторых, для оптимальной характеристики скол тем меньше, чем больше Р, (см.(5.33), где и,„= Яф ~ И„), Увеличению Рф препятствует падение напряжения на нем от постоянного тока АП, что приводит к необходимости увеличения напряжения питания Е . Выходом из этого положения может служить использование в качестве й, таких элементов, у кото- Рис.5.10 Рис.5.11 Как видно, влияние фильтровой цепи приводит к снижению нижней граничной частоты и, соответственно, к снижению скорости спада переходной характеристики. Это означает, что эту цепь можно использовать для коррекции частотной и переходной характеристик в области низших частот и больших времен соответственно. Случай Сф = соответствует отсутствию коррекции.
Оптималь- рых сопротивление постоянному току мало, а переменному — велико. На- пример, можно использовать насьпценный диод или генератор стабильного Существуют и другие разновидности схем низкочастотной коррекции, в частности, перенос элементов коррекции в цепь Р„, т.е. на другую сторону разделительного конденсатора. В этой цепи отсутствует значительный постоянный ток и ограничения, связанные с чрезмерным падением напряжения на элементе коррекции, отпадают.
Цепь Л С„ (см. рис,5.1) так же влияет на частотную и переходную характеристики усилителя. Однако анализ этого влияния мы проведем после изучения усилителей с обратной связью, так как эти процессы весьма полно описываются на основе общей теории обратной связи. 5.2. Индуктивная коррекция характеристик анериодических усилителей В области высших частот основной причиной частотных искажений являются емкости, шунтирующие нагрузочный резистор, а также, снижение их усилительной способности при применении недостаточно высокочастотных активных приборов. В определенном диапазоне высших частот эти эффекты можно частично нейтрализовать, вводя в состав нагрузочной цепи (5.35) следует, что К (и) = К (ге„) = сопк~ .
Физически этого быть ие может, но становится ясным, что чем больше производных удается обратить в нуль, тем меньшей будет зависимость К(в) от частоты. Реально число производных, обращаемых в нуль, равно числу резонансных частот схемы или, что все равно, числу независимых элементов схемы, создающих резонансные частоты. Таким образом, математически процедура оптимизации схемы коррекции состоит в вычислении л производных К(в), начиная с первой, подстановки в полученные выражения а=и„и приравнивании нулю каждого из полученных выражений. Получается система из л уравнений, решение которой дает значения л элементов схемы, приводящих к получению наиболее плоской частотной характеристики с единственным максимумом при в = а„.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
