Гусев - Электроника (944138), страница 54
Текст из файла (страница 54)
При этом нахождение параметров, близких к оптимальным, как правило, осуществляют с помощью метода проб и ошибок, в результате применения которого становится ясным, какие конкретные значения сопротивлений, напряжений и токов должен иметь каскад для удовлетворения требований, предъявляемых к нему. Для примера рассмотрим выбор рабочей точки в каскадах с общим эмиттером и общим истоком (рис. 4.14, а, 6).
При выборе рабочей точки на выходных характеристиках активного элемента сначала строят линию нагрузки по посгоянному току. Для рассматриваемых каскадов при сопротивлениях транзисторов, равных бесконечности: а) 1к =О: (/кэ — — Е„; б) 1с=О 1'си= Ес При нулевом сопротивлении гранзисторов соответствующие токи и напряжения; а) 11кэ — — 0; 1к=Е„К; б) (1си=О; 1с=Е,ДА,+Я„). Через полученные пары точек на выходных характеристиках проводят линии нагрузки.
Если значения тока оказываются большими и для построения линий нагрузки следует удлинить ось 1, можно применить другой метод. Учитывая, что тангенс угла наклона линии нагрузки (рис. 4.14, в, г) равен Ек -Е с а) с'л н) 1к Рис. 4Л4. Схемы усилительных каскадов а — с обеим нсгоиом, б, . графоанааиги есина анализ нз с а неесеого ренима и принимая во внимание масштабы токов и напряжений, из точки 1 =О„Укэ=Ь'„проводят линию под угломз тангенс которого равен ( — 11'А„), и получают ту же самую линию нагрузки.
На нагрузочной прямой для постоянного тока выбирают положение рабочей точки О. Если каскад предназначен для усиления малых сигналов, то рабочую точку берут на том участке, где изменения сигнала на управляющих электродах вызовут наибольшие изменения выходного тока. При этом стремятся обеспечить такой режим, чтобы мощность, потребляемая каскадом, была минимальной. Если каскад работает при больших сигналах, рабочую точку выбирают ориентировочно на середине прямолинейного участка так, чтобы выполнялись неравенства (4.53).
Через выбранную рабочую точку О проводят линию нагрузки по переменному току, которая в общем случае отличается от линии нагрузки по постоянному току и только при Аи- со совпадает с ней. Это обусловлено тем, что сопротйвление, стоящее в выходной цепи транзистора Аа, А„ шунтируется сопротивлением нагрузки Аи, подключенным через конденсатор С,. Сопротивление конденсатора зависит от 244 частоты Х,=!)(1гвС). Поэтому результирующее сопротивление имеет разные значения для переменного и постоянного токов. При построении линии нагрузки по переменному току сопротивление конденсатора Сз считают равным нулю и через точку О проводят прямые линии, тангенс наклона которых равен газ= — 1,'(Л„~~ А„).
гам=!,!(В,,~ В„). Если рабочая точка выбрана правильно, го при изменении выходного напряжения в пределах + Г транзисторы находятся в активном режиме и рассеиваемая на них мощность не превышает допустимую. Это связано с тем, что динамическая нагрузочная прямая и линия допустимой мощности рассеяния не пересекаются.
Напряжения питания Е меньше 1/кэ„,„ и Гси,„. Следовательно, параметры рабочей точки выбраны правильно и каскад будет обеспечивать амплитуду выходного напряжения Г на сопротивлении нагрузки А„. При работе каскада в режиме В транзисторы и их рабочую точку выбирают из условия выполнения неравенств 1 с1, Г сГ„„/2; 1о 0 —:15Уо1 . (4.55) Подробнее особенности режима В рассмотрены в ~ 4.12. После выбора положения рабочей точки находят параметры цепей, обеспечивающих требуемый статический режим работы.
Для получения необходимых напряжений и токов покоя между соответствующими электродами транзисторов задают определенные напряжения или токи, которые носят название напряжений или токов смещения. Для биполярных транзисторов задают электрические токи в цепях базы или эмиттера, для полевых — напряжение затвор-. -исток.
Расчет параметров цепей смешения (цепей, обеспечиваюших режим по постоянному току) можно проводить аналитически или графоаналитически в зависимости от типа электронного прибора и схемы усилительного каскада. В большинстве практически встречающихся случаев цепи смещения усилительных каскадов на биполярных транзисторах можно рассчитывать с помощью схемы рис.
4.15, и. Различные варианты цепей смещения, применяемых на практике, приводятся к этой схеме с помощью эквивалентных преобразований. Покажем это на примере каскада (рис. 4.15, б), в котором смещение обеспечивается источником напряжения Е4 и резисто1эами Л„А2. Эквивалентная схема такого каскада показана на рис. 4,15, в. Для статического режима ее получают заменой активных приборов в принципиальной схеме на их жвивалентные схемы, причем в последних учитываются только те элементы и генераторы, которые необходимы для обеспечения этого режима. Из рис.
4.15, в видно, что ток базы 1во состоит из двух 245 4Ек Е„ Ек Оаа Рис. 4.! 5. Обобщенная схема цепи смеШения транзисторно~о каскада 1в); усилительный каскад 16) и е!о эквивалентная схема 1в); приведенная эквивалентная схема 1г) противоположно направленных составляющих ЕБ и ЕБ, которые вызваны напряжением Е, и ответвлением в цепь базы части коллекторного тока 7к. Приведем эквивалентную схему каскада к виду рис.
4.15, г, соответствующему схеме рис. 4.15, оь Для этого источник напряжения Е и делитель напряжения на резисторах Я,, А, с помощью теоремы об эквивалентном генераторе заменим источником Еб с внутренним сопротивлением Яб: ЕО=ЕОКз)(тбз+Аг)' ЯО=А1 ~~ тбз. (4.56) Такие эквивалентные преобразования не меняют токов и напряжений в цепях и существенно облегчают расчеты. Ток базы ЕБО найдем также с помощью теоремы об эквивалентном генераторе. Для этого из эквивалентной схемы (рис. 4.15, в) найдем напряжение су на концах разорванного провода, соединяющего Аб и г', (рис.
4,15, г), и внутреннее сопротивление Еа источника напряжения 6' Еб ~'Бэ ~ко~э тха тхэ+ тхб. Тогда ток в цепи базы ~БО (~ оБЭ)! 4 [Еб ЕБ) )КО хх1~(~э+к б) или ЕБО+Укоун=(Е б — ЕУБэ)!()Ет+Еб) (4.59) где УБ хх ! (ххэ+~б). (4.60) Коэффициент ув показывает, какая часть тока Ек ответвляется в цепь базы. 24б Преобразуем это уравнение, учитывая, что 1ко 122! 21БО + 1кэо и 1БО =( 1ко !кэо~7 1221 э.
После преобразований получим (4.61) 1ко() +1!2!2 2Б) '+1кэо (Дб Г2БЭ)Б71* Я,4 ЯБ (4.62) или 7721,(ЕБ — Цкэ) (кэо (! ! Б21*тБ)(Л ! ЛБ) ! ! 7721 тБ (4.63) Етк сэт«, сУ« 211кт=., <) 1кко+, . !((1Б7+ —.' — !))22!7 с!7«БО Ж«э Сl! 2 1 (4.64) 247 Таким обРазом, знаЯ паРаметРы тРанзистоРа )221„1кэо, (1вэ и некотоРые паРаметРы Цепи каскала, можно опРелелить недостающие параметры цепи, обеспечивающие требуемый ток покоя, Так как в выражение для коллекторного !ока входят несколько независимых параметров, необходимый гок покоя 1ко может быть получен при различных значениях параметров элементов цепи.
Часть параметров обычно задается при проектировании. При этом учитываются требования, предъявляемые к усилительному каскаду, например к входному сопротивлению, температурной стабильности тока покоя и т. и. Из выражения для коллекторного тока определяют необходимые сопротивления обобщенной цепи. Параметры элементов реальной цепи находят используя известные зависимости. Так, при заданном токе 1ко, выбранном напряжении ЕБ, данном сопротивлении А, и известных из технических условий на тРанзистоР паРаметРах 1кво и 1221, можно найти сопРотивление АБ При выборе цепей смещения следует помнить, что у транзисторов наблюдается большой разброс параметров и что они меняются при изменении температуры.
Обратный ток 1кв„, падение напряжения на эмиттерном переходе (7БО, коэффициент передачи тока 1221 зависят от температуры окружающей среды и подвержены переменному дрейфу. Все это требует принятия специальных мер для стабилизации коэффициента усиления, допустимого максихиального выходного напряжения и т. д.
Изменения параметров особенно опасны в первых каскадах усилителей постоянного тока, так как в последующих каскадах из-за гальванической межкаскадной связи сигналы, вызванные ими, усиливаются во много раз. Поэтому в большинстве транзисторных усилителей для стабилизации положения рабочей точки вводят обратную связь и используют гермозависимые сопротивления. В общем виде полное приращение коллекторного тока, вызванное изменением температуры, г причем ЛЕЕБэ 2 —: 2,2 мВ/град, а ток 1кво УДваиваетсЯ пРи изменении температуры на 5— 7 в кремниевых и на 8- !О' в германиевых структурах.
Для обобщеннои схемы приращение коллекторного тока можно найти используя промежуточные уравнения и эквивалентную схему для приращений посгояпных составляющих тока при увеличении температуры !рис. 4. )6). В соответствии с уравнением транзистора (2.52) и учетом того, что 1кэ =))+)221,)1квэ, полное пРиРаЩение тока коллектора определяют из выражения Л1кг — — Л62„ЕБ+)221,ЛЕБ+()+Егагэ)ЛЕкво+Л)121,1кво (4.65) Так как для рассматриваемого случая изменение тока базы ! 2)624А+1кко) Рис. 4Л6. Эквивадси1иая схема усиди- гсдьиого каскада дяя гсмпсрагурных прирапгсиий токов довс ЛЕГО = ' ЛЕКТО7Б.
Я,-лв (4.66) 248 то, подставив (4.65) в (4.66), получим ЛЕ = ьэм ! Огквс)61~'! !) — Лнв' +~1 +1 )аьэ1'1. (467) 21 ув) 21 Обозначив выражение в квадратных скобках как Л12, имеем '51 = ЛЕкт02ЛЕт=)221 !~! 4 1221эуь). Коэффициент 5, называется коэффициентом температурной нестабильности. Он показывает, во сколько раз приращение коллекторного тока больпге, чем приращение теплового неуправляемого тока ЛЕт, вызванного изменениями параметров транзистора.
Как видно из выражения (4.67), приращение коллекторног'о тока вызвано изменениями Е/Бэ, 1221„1кво. ОДнако пРи пРименении геРманиевых тРанзистоРов обычно считают, что Л1т Л1кво ввидУ подавланлцего влиЯниЯ этого параметра. Максимальная температурная стабильность статического режима обеспечивается при ув= !. Следовательно, для температурной стабилизации желательно выполнение условия Ех,»АО. Температурная стабильность тем лучше, чем выше сопротивление в цепи эмиттера и меньше эквивалентное сопротивление делителя гха, обсспечивающего требуемый режим по постоянному току.
Как гюказано далее. увеличение гх, приводит к уменьшению коэффициента усиления каскада, а уменьшение 126 снижает его входное сопротивление. С уче~ом введенного козффициента температурной нестабильности выражение !4.63) запишем в виде Уко = 5; + — или Еа '— !'ю )к зо )з т)за ! Нйы тв (4.б8) Да )кэо тко о .+- лб ))~21 тв Итак, параметры цепи смещения зависят от значения козффициента температурной нестабильности, который необходимо обеспечить у данного каскада. Для уменьшения 5; обычно применяют температурнукз стабилизацию. Первый способ гермосзабилизации !параметрическая термостабилизация) основан на применении термочувствительных сопротивлений (термисторов) !рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
