Teory (722476), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

В зависимости от частотного диапазона характер нагрузки меняется; в диапазоне звуковых частот в качестве такой нагрузки используется обычный резистор, а в высокочастотном диапазоне  избирательная система, например, колебательный контур. В связи с этим различают усилители звуковых частот (УЗЧ, прежнее название УНЧ) и усилители радиочастот (УРЧ, прежнее название УВЧ). На рис. 2.11, а, б, даны упрощенные схемы УЗЧ и УРЧ соответственно.

В
схемах рис. 2.11, а, б: ГЗЧ  генератор напряжения звуковой частоты; ГРЧ  генератор напряжения радиочастот (высокой частоты).

а) б)

Рис. 2.11. Схемы усилителей: а  усилитель звуковой частоты; б  усилитель радиочастот

2.8.4. Усилители напряжения звуковых и средних частот

Приведены анализ, сравнительная оценка схемам усилителей, способы подачи напряжения смещения в цепь базы, расчет элементов смещения и элементов температурной стабилизации положения РТ на ВАХ

Кроме схемы, данной на рис. 2.11, а, в электронике широко используются схемы усилителей на транзисторе с общей базой и общим коллектором (рис. 2.12, а, б соответственно).

На рис. 2.13, а дана схема одиночного каскада усилителя, выполненного также на транзисторе с ОЭ, но, в отличие от схемы
рис. 2.11, а, в ней используется другой метод подачи смещения в цепь базы.

а) б)

Рис. 2.12. Схемы усилителей ЗЧ: а  с ОБ; б  с ОК

а) б)

Рис. 2.13. Схема УЗЧ и его частотная характеристика а  схема усилителя; б  идеальная частотная характеристика усилителя

2.8.4.1. О назначении элементов в схемах уcилителей

на рис. 2.11, а; рис. 2.12, а, б; рис. 2.13, а

Генератор переменной ЭДС (ГЗЧ) на входе усилителя  напряжение этого генератора надо будет усиливать.

Разделительные конденсаторы С_р1 и С_р2 предотвращают попадание постоянной составляющей на вход усилителя от генератора переменной эдс. Сопротивления этих конденсаторов на самой низкой частоте должно быть минимальным, чтобы не произошло «завала» частотной характеристики на низкой частоте (срезы частот на низкой и на высокой частотах на
рис. 2.13, б).

Е_к  напряжение источника питания;

С_б  конденсатор, блокирующий источник питания, предотвращает потери полезного напряжения на внутреннем сопротивлении источника Е_к.

Конденсатор С_э устраняет ООС по переменной составляющей тока, чтобы не происходило уменьшения коэффициента усиления.

Резисторы R_б1, R_б2, R_э  элементы смещения и температурной стабилизации. Резистор R_к  нагрузка в коллектоной цепи.

2.8.4.2. Автоматическая подача напряжения смещения в цепь
базы и температурная стабилизация положения рабочей точки

Для нормальной работы усилительного каскада (отсутствие нелинейных, частотных искажений, влияние температурного фактора и пр.) необходимо обеспечить требуемый режим при отсутствии входного сигнала, то есть установить определенные токи и напряжения, значения которых зависят от схемного решения усилительного каскада и от выбора рабочей точки на семействе его входных и выходных характеристик.

Рабочая точка на ВАХ задается постоянными составляющими токов и напряжений в режиме покоя. Вопрос задания рабочей точки (РТ) решается двумя способами  она задается либо автономным независимым источником, либо автоматической подачей напряжения смещения в цепь базы. В реальных схемах усилителей отдается предпочтение второму способу, так как первый способ неэкономичен и особенно это заметно в многоступенных усилителях. В схемах рис. 2.11, а, 2.12, а, б, 2.13, а рабочая точка задается автоматической подачей напряжения смещения. В схемах усилителей на рис. 2.11 и 2.12, а рабочая точка задана методом фиксированного тока (через гасящий резистор R_б1), а в схемах на рис. 2.12, б и рис. 2.13, а  методом фиксированного напряжения (с помощью делителя напряжения из резисторов R_б1 и R_б2). При изменении температуры режим транзистора, как было отмечено выше, может измениться. Следовательно, важно не просто задать РТ на ВАХ, но надо еще и обеспечить ей температурную стабильность. Один из способов стабилизации положения РТ на ВАХ предложен в схеме рис. 2.13, а  в цепь эмиттера включен резистор R_э, на котором формируется напряжение обратной связи. Напряжение на резисторе R_э в цепи эмиттера (U_эп = I_эпR_э)  это напряжение отрицательной обратной связи (ООС); при изменении температуры за счет изменения сквозного тока I_кэо изменяется ток коллектора, следовательно, изменяется и постоянная составляющая тока в цепи эмиттера I_эп, при этом меняется и падение напряжения U_эп на резисторе R_э. Следовательно, напряжение на базе уменьшается, ток базы уменьшается до заданного значения. Таким образом, напряжение на R_э изменяется пропорционально току коллектора, следовательно, в схеме усилителя действует ООС по току, которая и обеспечивает температурную стабилизацию РТ.

В параграфе 2.8.6 дана подробная информация об обратных связях в усилителях.

2.8.4.3. Расчет элементов смещения и температурной стабилизации

Сопротивление резистора смещения R_б1 в схеме рис. 2.11, а.

Резистор R_б1 и участок база-эмиттер транзистора образуют делитель напряжения в цепи источника Е_к..

(2.20)

Когда в схеме усилителя используется кремниевый транзистор, то напряжение, необходимое для отпирания эмиттерного перехода, составляет 0,60,9В. Обычное значение U_бэп = 0,7 В. Если пренебречь значением U_бэп, то станет ясно, что к резистору R_б1 прикладывается практически все напряжение источника Е_к, следовательно этот резистор имеет боьшое сопротивление и как бы фиксирует ток базы транзистора (поэтому метод назван методом фиксированного тока).

Сопротивление резистора смещения R_б1 в схеме рис. 2.12, а. Методика определения сопротивления R_б1 в схеме усилителя на транзисторе с ОБ точно такая же, как и в схеме рис. 2.11, а.

Сопротивления резисторов смещения R_б1 и R_б2 в схеме рис. 2.13, а.

Токи, протекающие через R_б1, это сумма токов делителя и базы покоя

(I_д и I_бп). Эти токи должны быть взаимно независимыми, поэтому ток делителя берется значительно больше, чем ток базы покоя. В мощных каскадах усиления ток делителя берется больше тока базы покоя в 35 раз, а в случае маломощного усилителя  в 510 раз.

Рис. 2.14. Схема замещения участка входной цепи для определения сопротивления резистора R_б2

Через резистор R_б2 течет ток делителя. Напряжение U_б2 = I_дR_б2 на сопротивлении резистора R_б2  это сумма напряжений U_бэп и U_эп. Напряжение смещения U_бэп получается в результате алгебраического сложения постоянных напряжений, которые формируются на резисторах R_б2 и R_э и которые между собой включены последовательно, но встречно
(рис. 2.14).

За счет большого тока делителя напряжение на резисторе R_б2 будет практически фиксированным (поэтому такой метод подачи напряжения смещения назван методом фиксированного напряжения).

И окончательно сопротивления резисторов R_б1 и R_б2

(2.21)

(2.22)

Сопротивление резистора в цепи эмиттера R_э (рис. 2.13, а)

(2.22а)

где I_эп = I_кп + I_бп  постоянная составляющая тока эмиттера.

Если в условии задачи не оговорено значение U_эп, то можно

ориентировочно принять

Сопротивление резистора R_к в цепи коллектора (рис. 2.13)

(2.23)

В режиме глубокого насыщения, когда напряжения на транзисторе становится практически равным нулю (U_кэ  0,050,1), ток в цепи коллектора ограничивается только сопротивлением резистора R_к.

2.8.4.4. Анализ усилительных и фазоинвертирующих свойств усилительных каскадов при разных схемах включения транзистора

Обозначим коэффициент усиления по току через К_I,, коэффициент усиления по напряжению через К_U, коэффициент усиления по мощности через К_р, полезную мощность, выделенную в нагрузке через Р_вых.

Определение параметров усиления в усилителях с элементами обратной связи подробно дан в параграфе 2.8.6 «Обратные связи в усилителях».

Из всех схем усилителей только схема на транзисторе с ОЭ инвертирует (изменяет) фазу входного сигнала на выходе на противоположную, поэтому именно эту схему используют в качестве фазоинвертора. В ключевых схемах схема с ОЭ используется для выполнения логической операции логического отрицания (операция «НЕ »).

Анализ входного и выходного сопротивлений усилителей с обратной связью дан очень подробно в разделе 2.8.6, поэтому к этим параметрам мы вернемся в конкретных задачах с учетом частотного диапазона, в котором будет работать усилитель.

2.8.5. Графоаналитический расчет усилительных каскадов

Графоаналитический способ расчета позволяет использовать экспериментально определенные характеристики, поэтому ему чаще всего и отдается предпочтенье.

2.8.5.1. Построение нагрузочной характеристики

В основе графоаналитического способа расчета усилителя лежит

построение нагрузочной характеристики по постоянному току на статических вольт-амперных характеристиках транзистора (рис. 2.15, б). Фактически линия нагрузки  это вольтамперная характеристика резистора в цепи коллектора (например, резистор R_к в схеме рис. 2.11, а), или двух резисторов (например, резисторы R_к и R_э в схеме рис. 2.13, а), то есть линия нагрузки представляет собой вольтамперную характеристику той части схемы усилителя, в состав которой не входит нелинейный активный элемент (транзистор). В основе построения нагрузочной характеристики лежит уравнение транзистора в рабочем режиме:

 для схемы рис. 2.11, а,  для схемы рис. 2.13, а.

В данном случае работаем по схеме рис. 2.11, а. Так как элемент R_к имеет линейный характер, то и характеристика будет в виде прямой линии. Она может быть построена по двум точкам, при этом достаточно использовать два крайних состояния транзистора:

1-е состояние: транзистор закрыт, его сопротивление равно бесконечности, ток через прибор прекращается и напряжение на нем U_к  Е_к  это будет первая точка нагрузочной прямой (точка А); для конкретного транзистора расчетное U_кэ.доп должно быть больше Е_к справочного.

2-е состояние: транзистор открыт полностью, то есть его сопротивление падает почти до нуля, падение напряжения на нем близко к нулю, а ток  максимальный и ограничивается лишь элементом R_к. В этом случае ток коллектора называется током насыщения I_кн  Е_к/R_к. Следовательно, вторая точка нагрузочной характеристики будет лежать на оси тока (точка В); при выборе конкретного транзистора значение коллекторного тока, полученного при расчете, должно быть меньше справочного значения тока I_к.доп.

Соединив точки "А" и "В" прямой линией, получим нагрузочную характеристику по постоянному току  линия «АВ».

Все возможные значения токов и напряжений транзистора определяются в точках пересечения его ВАХ с линией нагрузки по постоянному току. Если, например, задан ток I_бп, то падение напряжения на транзисторе U_кэп и ток I_кп через него в режиме покоя будут определяться положением рабочей точки "РТ". Если входной ток (ток базы) увеличить до значения I_б5 , то новые значения U_кэп и I_кп определяются положением точки "С" и т. д.

Внимание. Построив нагрузочную, убедитесь, что она укладывается в рабочую область ВАХ, для чего рассчитайте характеристику допустимой мощности рассеивания на коллекторном переходе и постройте гиперболу рассеяния . Нагрузочная характеристика должна располагаться ниже гиперболы рассеивания (на рис. 2.15, б. нерабочая область затемнена).

2.8.5.2. Определение протяженности рабочего участка

Характеристики

Список файлов реферата