62616 (695113), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

. (6.58)

При фиксированных значениях Е_К потенциал базы практически не зависит от тока базы I_Б, т.е. от свойств конкретного транзистора.

Поэтому схема такого усилительного каскада носит название схемы с фиксированным базовым смещением.

Теперь рассмотрим как работает цепь эмиттерно-базовой стабилизации тока коллектора, которую еще называют температурной стабилизацией режима. Эта цепь состоит из R_Б1, R_Б2, R_Э.

Допустим, что температура увеличилась. Это приведет к увеличению тока коллектора, тогда

I_К I_Э (U_Rэ = R_ЭI_Э) (U_БЭ = U_Rб2 - U_Rэ) I_Б I_К I_К const.

Так как сопротивления базового делителя R_Б1, R_Б2 от температуры не зависят, то ток делителя I_Д = const, следовательно, U_Rб2 = const.

Для количественной оценки стабилизации применяют коэффициент нестабильности, который приближенно можно вычислить по формуле:

, (6.59)

где .

Обычно К_Н = (1,5 - 6). Для данной схемы он может составить К_Н = (3 - 6).

Вышеприведенные формулы и рассуждения соответствуют линейному (активному) режиму работы транзистора, поэтому при их практическом применении следует убедиться в том, что транзистор не находится в состоянии насыщения.

3. Анализ динамического режима работы

При рассмотрении динамического режима полагаем, что статический режим обеспечен, на вход усилительного каскада (Рис.6.10) подано гармоническое напряжение с частотой :

Считается, что режим работы транзистора - малосигнальный (фактически линейный), т.е. сигнальные значения выходных токов I_ВЫХ и напряжений U_ВЫХ малы по сравнению с их значениями I_ВЫХ и U_ВЫХ в исходной РТ.

При малосигнальном режиме работы транзистора взаимосвязи и взаимозависимости между его токами и напряжениями определяются постоянными коэффициентами, не зависящими от уровня сигналов (малосигнальными параметрами). Основное применение находит система h-параметров:

(6.60)

где I_ВХ, I_ВЫХ, U_ВХ, U_ВЫХ - комплексные амплитуды сигнальных токов и напряжений.

h₁₁ имеет смысл входного сопротивления база-эмиттер (при коротком замыкании входной цепи), для современных транзисторов составляет около 1 кОм; h₁₂ - коэффициент обратной связи по напряжению (при разомкнутой входной цепи), характеризует внутреннюю связь между выходной и входной цепями транзистора, является безразмерной величиной, очень мал по величине (порядка 10^-3); h₂₁ - коэффициент передачи тока базы (при коротком замыкании входной цепи, характеризует усилительную способность усилительного элемента, совпадает с коэффициентом транзистора, который входит в паспортные данные транзистора и обозначается h_21Э), также величина безразмерная; h₂₂ - выходная проводимость транзистора (при разомкнутой входной цепи), зависит от угла наклона выходной характеристики транзистора. Величина, обратная h₂₂, называется выходным сопротивлением транзистора: r_ВЫХ = 1/h₂₂, типовое значение которого составляет около 10 кОм.

Существенным отличием усилительных приборов от пассивных элементов и цепей является их свойство однонаправленности передачи сигналов, которое может быть охарактеризовано неравенством |h₂₁| >> |h₁₂|.

Входное гармоническое напряжение (Рис.6.10) через C_Э прикладывается к участку база-эмиттер транзистора и вызывает изменения тока базы, который в свою очередь вызывает изменения коллекторного тока. Таким образом в составе коллекторного тока появляется переменная составляющая с частотой входного гармонического воздействия и амплитудой . Источником этой составляющей является транзистор. Учитывая, что сопротивление емкостей С_Э, С_Ф, С_Р для переменного напряжения с частотой ничтожно малы, можно представить схему замещения усилительного каскада по переменному току (Рис.6.12).

Рис.6.12. Схема замещения усилителя по переменному току

В этой схеме с целью упрощения не показаны сопротивления базового делителя, фильтра и в цепи эмиттера.

Цепь прохождения переменной составляющей тока коллектора:

.

Так как сопротивлениями емкостей С_Э, С_Ф, С_Р можно пренебречь, то резисторы R_К и R_Н оказываются включенными по переменной составляющей параллельно и на них создается падение напряжения

. (6.61)

В свою очередь

.

Теперь формулу 6.61 можно переписать в следующем виде:

.

Выходное напряжение оказывается в

(6.62)

раз больше входного. В этом и состоит эффект усиления. Также необходимо подчеркнуть, что выходное напряжение оказывается сдвинуто по фазе относительно входного напряжения на 180, на что указывает знак "минус" в формулах.

Анализ свойств различных схемных построений осуществляют на основе соотношений и положений теории четырехполюсника и эквивалентных схем каскадов (Рис.6.13).

Рис.6.13. Эквивалентная схема каскада

При этом УЭ рассматривают в виде четырехполюсника, к выходным клеммам которого 2-2` подключена нагрузка R<sub>Н</sub>, а к входным 1-1` - источник сигнала с ЭДС Е_С и сопротивлением Z_С, а для анализа используют известные методы расчета электрических цепей.

Принципы приведенных расчётов могут быть распространены и на случаи, когда условия малосигнальности не выполняются (если отклонения I_ВЫХ, U_ВЫХ превышают 20 - 30% от I_ВЫХ, U_ВЫХ в исходной РТ). Необходимо использовать усредненные значения h-параметров, под которыми понимают полусуммы их значений, отвечающих крайним отклонениям выходных токов и напряжений, наблюдаемых в процессе усиления сигналов.

Вышеприведенные рассуждения справедливы для случая, когда сопротивлениями разделительных и блокировочных конденсаторов можно пренебречь в силу их малых значений (в эквивалентных схемах замещения эти конденсаторы заменяются короткими замыканиями). На низких частотах выполнить условия пренебрежимо малого значения емкостного сопротивления не удается, в результате чего в усилительном каскаде возникают низкочастотные искажения. Для снижения этих искажений требуется увеличение емкостей конденсаторов С_Р, С_Б, что не всегда выполнимо из конструктивных или экономических соображений. Поэтому номиналы С_Р, С_Б выбирают исходя из предельно допустимых частотных искажений.

Эквивалентная схема сигнальной цепи, содержащей разделительный конденсатор, приведена на рисунке 6.14, при этом рисунок 6.14, а соответствует случаю, когда сигнальные изменения представлены с помощью генератора тока, а рисунок 6.14, б - с помощью генератора ЭДС.

а б

Рис.6.14. Эквивалентные схемы сигнальной цепи с конденсатором С_Р

Оба представления взаимно эквивалентны. Рассмотрим передаточные свойства этой цепи на участке 1 - 2.

На средних частотах, когда сопротивление С_Р пренебрежимо мало, коэффициент передачи частотно независим и равен

(6.63)

По мере понижения частоты сопротивление конденсатора растет, и общее выходное напряжение цепи падает. Коэффициент передачи разделительной цепи для низких частот будет равен

(6.64)

где - постоянная времени разделительной цепи.

Анализ выражения (6.64) показывает, что влияние разделительной цепи на низких частотах сказывается уменьшением модуля коэффициента передачи (график на Рис.6.15) и появлением дополнительного фазового сдвига (Рис.6.16).

Рис.6.15. График |K| Рис.6.16. График ()

Если задаваться некоторой нижней границей частотного диапазона _Н, можно определить коэффициент частотных искажений М_Н для заданной схемы:

(6.65)

или определить минимальную величину емкости разделительного конденсатора, при которой частотные искажения не превысят предельно допустимых:

(6.66)

Влияние блокировочных конденсаторов на низких частотах сводится к тому, что сопротивление блокируемой цепи становится ненулевым, имеет комплексный характер, а это приводит к дополнительному спаду АЧХ и фазовым сдвигам. Для схемы с ОЭ выбор величины С_Б осуществляется исходя из заданной величины частотных искажений М_Н:

(6.67)

Кроме того необходимо отметить, что если приводимая в справочниках информация не является для практических расчетов достаточной, то используют рассмотрение свойств усилительных приборов, основанное на использовании их физических эквивалентных схем. Одной их наиболее используемых моделей в данном случае является модель Эберса-Молла, определяющая взаимосвязь выходного тока транзистора и разности потенциалов на его эмиттерном переходе. Применение данной модели предлагается изучить самостоятельно по пособию: Богданов Н.Г., Лисичкин В.Г. Основы радиотехники и электроники. Часть 6.: - Орел: ВИПС, 1999. - С.74-80.

Библиографический список

1. Стеблянко В.Д. Усилители электрических сигналов. Курс лекций. Орел- С.18-40.

2. Павлов В.Н., Ногин Б.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. - М.: Радио и связь, 1997. - С.23-70

Характеристики

Список файлов реферата