Радиотехнические устройства. Электронные усилители

Цепи смещения с фиксированным током базы и фиксированным током эмиттера

        Цепи, задающие режим работы транзистора по постоянному току, более коротко называют цепями смещения. В усилительном режиме эмиттерный переход биполярного транзистора необходимо сместить в прямом, а коллек-торный переход - в обратном направлении. В рассмотренной нами схеме каскада с ОЭ рабочую точку задает цепь смещения с фиксированным током базы. Действительно (см. рис. 4.1):

         I Б = E U ЭБ R Б const.

        При питании от двух источников, как это сделано для каскада по схеме с общей базой, показанного на рис. 5.1, фиксируется эмиттерный ток

         I Э = E Э U ЭБ R Э const.

        Он почти полностью повторяется в коллекторной цепи ( I 0 I Э ) и задает напряжение на коллекторном переходе U КБ =E I 0 R К = U 0 .

        Как будет показано несколько позднее, схема с фиксированным током эмиттера отличается очень хорошей температурной стабильностью режима работы, в то время как в схеме с фиксированным током базы рабочая точка смещается вверх по нагрузочной прямой постоянного тока с ростом температуры и возможен выход ее за пределы линейного участка в область насыщения. Поэтому при проектировании усилительных каскадов на биполярных транзисторах необходимо оценивать температурную нестабильность тока в рабочей точке и принимать меры, обеспечивающие необходимую стабильность ее координат.

Рис. 5.1 - Каскад с ОБ при питании от двух источников постоянного напряжения

         Увеличение температуры приводит к смещению входных характеристик транзистора влево на величину Δ U Т 2ΔТмВ , а выходных характеристик - вверх на величину (рис. 5.2) Δ I Т Δ I К0 +Δα I Э ,  где ΔТ  - диапазон изменения температуры в градусах.

Рис. 5.2 - Температурное смещение характеристик транзистора

        Температурное изменение обратного тока коллектора Δ I К0  для кремниевого транзистора можно не учитывать ввиду его малости. Для германиевых транзисторов обратный ток коллекторного перехода удваивается при нагревании на каждые 10 0С.

        Температурное изменение коэффициента передачи тока эмиттера Δα  можно ориентировочно оценить по формуле Δα=5 10 4 ΔТ,  а ток эмиттера принять равным I0.

        Коллекторный ток транзисторного усилительного каскада изменяется за счет температурного смещения входных и выходных характеристик, т.е. Δ I К =f( Δ I Т ,Δ U Т ).

Цепь смещения с эмиттерной стабилизацией рабочей точки транзистора

Для устранения ООС по переменному току RЭ шунтируют конденсатором СЭ. На нижних частотах конденсатор СЭ вносит дополнительные искажения

Цепь смещения с комбинированной отрицательной обратной связью по постоянному току

Выбор режима работы транзистора

Пример расчета усилительного каскада

Выбор положения рабочей точки транзистора Координаты рабочей точки необходимо рассчитать так, чтобы получить без ограничения требуемые амплитуды напряжения и тока в нагрузке с учетом смещения рабочей точки в заданном диапазоне температур окружающей среды.

Расчет элементов цепи смещения по постоянному току

Основные показатели усилителя в области средних частот

Расчет величин емкостей конденсаторов

Особенности формирования АЧХ широкополосных усилителей К широкополосным усилителям (видеоусилителям) относятся такие усилители, в которых коэффициент усиления остается практически постоянным в широкой частотной области. Трудности по обеспечению этого постоянства возникают как в области низких, так и в области высоких частот.

Схемы высокочастотной коррекции Частотная коррекция применяется при построении широкополосных усилительных каскадов, т.е. таких, в которых коэффициент усиления должен быть постоянным в широком диапазоне частот.

Схема низкочастотной коррекции

Каскад с общей базой  С использованием эмиттерной цепи стабилизации рабочей точки построим транзисторный усилительный каскад по схеме с общей базой

Каскад с общим коллектором

УНЧ с гальванически связанными каскадами ОЭ-ОК

Каскад по схеме с общим истоком

Анализ каскада в области средних и верхних частот

Режим работы при малом сигнале стремятся выбрать экономичным, однако при уменьшении падает крутизна характеристики S и коэффициент усиления каскада

Каскад с последовательной ООС по току При отключении конденсатора С3 в рассматриваемом каскаде действует последовательная ООС по току за счет резистора R3.

Трансформаторный выходной каскад в режиме класса А При проектировании выходных каскадов усилителей, которые часто называют усилителями мощности, стремятся максимально полно использовать напряжение и ток источника питания с целью обеспечения более высокого коэффициента полезного действия.

Трансформаторный выходной каскад в режимах В и АВ

Влияние трансформатора на частотную характеристику усилителя Трансформатор обеспечивает большую гибкость схемы (возможность получить требуемую мощность в нагрузке Рн при различных Е ), однако вносит дополнительные частотные искажения. Трансформаторные каскады хорошо зарекомендовали себя при работе на фиксированной частоте промышленной сети 50 или 400 Гц.

При усилении сигналов в широкой полосе частот предпочтение отдается бестрансформаторным схемам выходных каскадов .

Выходной каскад в режиме класса АВ

Каскад с вольтодобавкой Для полной раскачки выходного каскада амплитуда синусоидального напряжения на его входе должна быть больше Е/2. Добиться этого и значительно повысить максимальную выходную мощность и КПД можно, применяя в каскаде положительную обратную связь

Выходной каскад УНЧ с квазидополнительной симметрией При большой величине мощности, отдаваемой в нагрузку (единицы-десятки ватт), для уменьшения тока покоя VT1 в двухтактном выходном каскаде применяют составные транзисторы, причем оконечные транзисторы берут однотипными с целью их унификации

Дифференциальный усилительный каскад При контроле и измерении многих неэлектрических величин возникает необходимость усиления сигналов очень низких частот. Для этого требуются усилители постоянного тока. УПТ обычно запитывают от двухполярного источника и обеспечивают в точке покоя Uвых = 0 при Uвх = 0.

Вариант схемы дифференциального усилителя и эквивалентная схема для определения входного сопротивления и коэффициента усиления по напряжению для дифференциального сигнала

Вернуться на Главную