Гусев - Электроника (944138), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Ток через активный элемент протекает в течение всего периода изменения ! пв входного сигнала. Преимуществом режима А является то, что при нем возникают малые нелинейные искаже- зг ~ з ния. Однако КПД каскада 1 ~ ',~ О» г)=Р /Ро (Р выходная мощ- г ряб ность; Р— - полная мощност.ь, вв ВВ потребляемая каскадом) низкий меньше 0,5.
Режим А используют в каскадах предвари- )е тельного усиления, а также в маломощных выходных каскадах. г) Режим В-- это режим рабо рис. 4А2. изменение токов актив- ного элемента в зависимости от ты активного прибора, при ко вколного сигнала. з 01эом тОк че1эез него протекает — в ааяав сяпгая усяя» ч»к е .-рекам ж в течение половины периода "" р входного сигнала.
Этот промежуток времени принято характеризовать углом отсечки О. Угол отсечки выражается в угловых единицах 1градусах или радианах). Численно он равен половине временного интервала, в течение которого через активный прибор протекает электрический ток. При идеальном режиме В (рис. 4.12, в) О=я)'2. Ток через активный элемент протекает в течение промежутка времени 29. Из-за нелинейностей начальных участков характеристик активных приборов форма выходного тока 1при малых его значениях) существенно отличается от формы тока, которая была бы, если бы актинный прибор был линейным. Это вызывает значительные нелинейные искажения выходного сигнала.
Режим В обычно используют в двухтактных выходных каскадах, имеющих высокий КПД, однако в чистом виде его применяют сравнительно редко. Чаще в качестве рабочего режима выбирают промежуточный режим АВ*. В режиме АВ угол отсечки О несколько больше я)2, и при отсутствии входного сигнала через активный элемент протекает ток, равный 5 — 15% максимального тока при заданном входном сигнале. Такой выбор статического режима позволяе~ уменьшить нелинейные искажения при использовании двухтактных выходных каскадов. ' Очень часто пол практическим режимом В полразумевают режим АВ, специально пе оговаривая это.
239 )бю 1бт га 1бз 1б а)' гк 1 'Ек ка 1бь 1бб 1ткба(гб ' к Рис. 4.)3. Обшая зкаияалснзная схема усилительных каскадна для режима большого сигнала 1а). усилительный каскад с ОЗ (6); пример построения линии нагрузки )к) Режим С вЂ” -это режим работы активного прибора, при котором ток через него протекаеб в течение промежутка времени, меньшего половины периода входного сигнала, т.
е. при 9(п)'2 (рнс. 4.12, г). Ток покоя в режиме С равен нулю. Этот режим используют в мощных резонансных усилителях, где нагрузкой является резонансный контур. Ражим 1) (или ключевой) — это режим, при котором активный прибор находится только в двух состояниях: или полностью закрыт и его электрическое сопротивление велико, или полностью открыт и имеет малое электрическое сопротивление. Трем возможным схемам включения транзисторов соответствуют три основных типа усилительных каскадов: с общим эмиттером (или с общим истоком); с обшей базой (или с общим затвором); с общим коллектором (или с общим сгоком).
Различные многокаскадные усилители и каскадные схемы являются комбинациями перечисленных усилительных каскадов. Анализ работы усилительных каскадов на транзисторах и электронных лампах в общем виде одинаков. Для нормальной работы любого усилительного каскада необходимо при отсутствии входного сигнала установить определенные токи и напряжения на активном приборе (обеспечить требуемый режим). Ток и падение напряжения на активном приборе зависят от выбора рабочей точки на семействе его входных и выходных характеристик. Для их определения все усилительные каскады на одном активном приборе приводятся к эквивалентной схеме (рис. 4.13, и), состоящей из последовательно соединенных резисторов Яз, )х, и активного нелинейного прибора, токи и напряжения которого зависят от управляющего сигнала.
Резистор )гз представляет собой эквивалентное активное сопротивление, через которое один из электродов электронного прибора (коллектор, сток, 24О анод) подключен к источнику питания. Резистор А, — эквивалентное сопротивление, через которое второй электрод электронного прибора подключен к другому полюсу источника питания. Определить ток и падение напряжения нелинейной цепи можно аналитическим (используется очень редко) и графоаналигическим методами.
Последний широко распространен в электронике в связи с тем, что позволяет проводить расчеты с помощью экспериментально определенных характеристик электронного прибора. При использовании графоаналитического метода строится линия нагрузки по постоянному току. Она представляет собой вольт-амперную характеристику той части обобщенной цепи, в состав которой не входит нелинейный, управляемый внешним сигналом активный прибор. В рассматриваемом случае это вольт-амперная характеристика резисторов АоАг. В общем случае последовательно с активным прибором могут быть включены нелинейные элементы и вместо прямой будет «кривая» нагрузки по постоянному току, причем система координат, в которой строится эта вольт-амперная характеристика, отличается от общепринятой.
За напряжение, приложенное к ней, берется значение разности напряжений питания и падения напряжения на активном приборе. Поэтому точкой, из которой строят вольт-амперную характеристику нагрузочной части, является точка с координатами (Е„„„, О). Это основано на том„ что ток в последовательной цепи во всех компонентах одинаков, а сумма падений напряжений на них равна напряжению источника питания; 1«(А +Аг)+ ()о Е (4.52) При разных значениях управляющего сигнала токи и напряжения активного прибора будут изменяться, так же как ток 1„и напряжение С' . Задача анализа усилительных каскадов в статическом режиме сводится к нахождению геометрического места точек, где справедливо уравнение (4.52). Оно определяется как совокупность точек пересечения кривых семейства вольта.иперных характеристик нелинейного активного прибора и вольт-алтерной характериспшки остальной (нигрузочной) части обобгценной цепи.
В рассматриваемом случае вольт-амперная характеристика резисторов А, и А, прямая линия. Она может быть построена по двум точкам, которые легко найти из рассмотрения крайних случаев, когда нелинейный прибор имеет бесконечно большое и бесконечно малое сопрогивления. При его бесконечно большом сопротивлении 1- О, а 1( =Е„„,. При бесконечно малом внузренйем сопротивлении 1(„-+О, 1о Е ((Аг+Аг) 24| Все возможные значения токов и напряжений на нелинейном приборе лежат в точках пересечения его вольт-амперной характеристики с линией нагрузки по постоянному току. Нетрудно убедиться, что условие (4.52) выло:шяегся во всех точках пересечения семейства волы -амперных характеристик с линией нагрузки по постоянному току.
Задавая различный управляющий сигнал на входе электронного прибора, меняют положение его рабочей точки и соответственно ток покоя и падение напряжения на компонентах цепи. Построим линию нагрузки для усилительного каскада (рис. 4.13, б), используя семейство коллекторных вольт-амперных характеристик транзистора для схемы с ОЭ (рис. 4.13, в). Рассмотрим два крайних случая. При сопротивлении транзистора, стремящемся к бесконечности, 1„- О и напряжение питания Е„падает на транзисторе. На графике получаем первую точку нагрузочной прямой, расположенную на оси Гкэ и соответствующую 11 =Е„. При нулевом сопротивлении транзистора Ц,э=О.
Напряжение питания падает на резисторах Я„и Я,. Ток в цепи 1к=Е„/(Я„+Я,). Это дает вторую точку нагрузочной прямой с координатами 11„э —— О, 1„. Соединив полученные точки прямой линией, получим линию нагрузки по постоянному току. Все возможные токи и падения напряжения в данной цепи лежат в точках пересечения линии нагрузки по постоянному току с кривыми семейства вольтамперных характеристик транзистора.
Если, например, в цепи базы задан ток 1в,, то падение напряжения на транзисторе 1/кэ„и его ток 1ке будут определяться положением точки О. Если входной ток изменим до 1вз, то ток и падение напряжения на транзисторе будут определяться положением точки Ь и т. и. Таким образом, положение рабочей точки нелинейног о активного прибора однозначно определяется сигналом, поданным на его управляющий вход.
Усиление сигнала происходит за счет того, что изменения токов и напряжений в коллекторной цепи больше входного сигнала. Действительно, если входной сигнал изменит ток базы транзистора от начального значения 1ь, до 1гго то ток коллектора изменится от 1ке до 1„„а падение напряжения — от 11кэе до 11кэ,. Эти изменения значительно больше сигнала, вызвавшего их. Методика построения линии нагрузки не зависит от типа нелинейного прибора. Рабочую точку 1/„, 1~ в общем случае выбирают исходя из режима, в котором должен работать электронный прибор, а также из заданных амплитуд выходного напряжения ст и связанного с ним тока 1 .
Если усилительный каскад должен работать в режиме А, то при малом входном сигнале (несколько мВ) рабочую точку активного элемента выбирают исходя из соображений эконо- 242 мичности, а также получения от каскада требуемого усиления. Последнее обусловлено, тем что параметры электронных приборов, определяющие их усилительные свойства, зависят от положения рабочей точки. Для биполярных и полевых транзисторов значения тока в точке покоя от 100 мкА до нескольких мА. В интегральных схемах транзисторы часто работают в гак называемом микрорежиме, при котором их ток в точке покоя составляет несколько мкА. При работе с большими сигналами рабочую точку выбирают так, чтобы обеспечивалось получение требуемого усиления сигнала при допустимых нелинейных искажениях и по возможности высоком КПД.
При этом для обеспечения работы активного элемента в режиме А как при большом, так и при малом входном сигнале необходимо, чтобы удовлетворялись неравенства Г„> (1 и 1„> 1 . Кроме того, требуется, чтобы напряжения, токи и мощности, рассеиваемые на электронных приборах, не превышали предельно допустимых значений (10+ ( т ('упах 1о+1 <1 х' бв1о ~1 х (4.53) ф и = 1„,' Е„= — !,' й„, (4. 54) 243 В процессе выбора рабочей точки могу~ быть получены разные результаты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
