Раздел 3 (1). Cпособы питания и стабилизации режимов работы усилительных элементов
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
3.3.6 Схема с комбинированной стабилизацией Схема обеспечивает наибольшую стабильность тока покоя iк0, так как в ней объединены эмиттерная и коллекторная стабилизация. Эта схема обычно реализуется в каскадах с развязывающим фильтром  в общей питающей цепи. На рисунке 3.18 приведена схема усилительного каскада с комбинированной стабилизацией при включении УЭ по схеме с ОЭ. Рисунок 3.18 – Схема подачи смещения с комбинированной стабилизацией В этой схеме основным элементом эмиттерной стабилизации является сопротивление Rэ, а основным элементом коллекторной стабилизации является сопротивление Rфразвязывающего и сглаживающего фильтра Rф, Сф. Величина сопротивления Rф выбирается при расчете фильтра с учетом допустимых потерь питающего напряжения на нем. 3.3.7 Стабилизация питания затвора полевого транзистора Режим работы полевого транзистора (положение точки покоя) обеспечивается при подаче напряжения смещения Uз0 на затвор ПТ относительно истока. В этом случае через переход "с – и" будет проходить постоянный ток стока iс0. При построении цепей смещения полевого транзистора решаются две задачи: задание исходного значения постоянного тока стока iс0 (подачей напряжения смещения Uз0 на затвор ПТ относительно истока); стабилизация iс0 путем соответствующего автоматического изменения Uз0 с помощью ООС. Нестабильность тока iс0 вызывается изменением температуры, старением и сменой ПТ, изменением питающего напряжения. У ПТ с "p - n" переходом температурная нестабильность тока iс0 обусловлена изменениями сопротивления полупроводникового канала и изменениями напряжения между затвором и истоком при изменении температуры. Температурная нестабильность тока iс0 у ПТ меньше, чем температурная нестабильность тока iк0 у БТ. Нестабильность тока iс0 из-за большого технологического разброса параметров ПТ, при замене ПТ, превышает температурную нестабильность и равна примерно 50%. На рисунке 3.19 приведена схема усилительного каскада на ПТ с ОИ в режиме "А" с автоматическим смещением.  Рисунок 3.19 – Схема с автоматическим смещением на ПТ Эта схема обеспечивает стабильность тока iс0. Напряжение смещения на затворе относительно истока, определяется падением напряжения на сопротивлении Rи, создаваемое токомiс0: Uз0 = URи = iи0Rи. На сопротивлении в цепи затвора Rз, создающем гальваническую связь затвора с общим проводом, практически нет падения постоянного напряжения, так как ток затвора очень мал и составляет 10-910-12 А. Как итог, в этой схеме температурные изменения тока затвора практически не влияют на напряжение смещения ПТ, и следовательно на ток iс0. Сопротивление затвора Rз обычно выбирают довольно большим, порядка 1 МОм, чтобы уменьшить шунтирование им входа ПТ по сигналу. Сопротивление Rи выбирают таким, чтобы задать положение точки покоя в середине линейного участка проходной характеристики (рисунок 3.20). С помощью Rи не только задают исходное смещение на затворе, но и обеспечивают стабилизацию тока iс0. Механизм стабилизации тока iс0 связан с механизмом автоматического смещения: например, с увеличением iс0 автоматически возрастает отрицательное смещение, что сдерживает возрастание тока iс0. Сопротивление Rи является сопротивлением ООС. В данной схеме действует последовательная по способу снятия, и подачи ООС, которая уменьшает приращения стокового тока iс0 в сквозную глубину ООС по постоянному току  :  , (3.21)где Sд – крутизна проходной характеристики.  Рисунок 3.20 – Проходная динамическая характеристика ПТ Из (3.21) следует, что чем больше Rи, тем больше сквозная глубина ООС и тем эффективнее стабилизация тока iс0. Выбранное значение Rи должно удовлетворять двум условиям: условию получения начального смещения -Uзи0(рисунок 1.20) и условию получения требуемой глубины ООС по постоянному току  .Если для получения понадобится большее Rи, чем для получения начального смещения, то его увеличивают, а смещение обеспечивают с помощью делителя в цепи затвора ПТ, как показано на рисунке 3.21, получая Uзи0 = URз - URи. Вместе с тем, включение делителя уменьшает входное сопротивление каскада по сигналу. Это приводит к уменьшению коэффициента передачи входной цепи. В схемах на МДП транзисторах применяются практически такие же цепи смещения, как и в схемах на ПТ с "p - n" переходом с учетом особенностей МДП-транзисторов. В них с возрастанием температуры ток стока iс0 может увеличиваться, уменьшаться или оставаться прежним, что обусловлено технологией изготовления. Кроме того, у МДП-транзисторов со встроенным каналом напряжение смещения Uзи0 может быть отрицательным, нулевым или положительным, что также обусловлено технологией изготовления. Полярность напряжения на затворе может совпадать с полярностью питающего напряжения на стоке, как у МДП-транзисторов с индуцированным каналом. Это позволяет получать смещение от общего источника питания с помощью резисторного делителя в цепи затвора, как без стабилизации, так и со стабилизацией с помощью ООС.  Рисунок 3.21 – Схема на ПТ со смещением с помощью делителя в цепи затвора. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ Задача 1 В схеме усилителя (рисунок 3.22) определить значения резисторов Rи Rб, если известно, что Е = 22В, постоянный ток коллектора Iк0 = 10 мА, h21э = 40, Uбэ0 = 0.4В, ток делителя Iдел = 6iб0, где iб0 – ток смещения, Rк = 1.1 кОм, Uкэ0 = 7В.  Рисунок 3.22 – Схема усилителя с эмиттерной стабилизацией Решение: Рассмотрим контур E - Rб - Uбэ0- Rэ, запишем уравнение Киргофа, для этого контура напряжение  , выразим отсюда Rб  . Коэффициент усиления по току  , отсюда  и  .Найдем U0Rэ:  Подставим полученные токи и напряжение в формулу для Rб  Напряжение на R будет равно сумме напряжений U0Rэ и Uбэ0, Зная ток делителя мы можем определить значение его значение.  Ответ: Rб=10.6кОМ, R=2.27кОМ. Задача 2. В  усилительном каскаде (рисунок 3.23) определить напряжение смещения Uбэ0, если известно, что E=16B, Uкэ0=6В, h21э=50, Rк=1кОм, Rб=75кОм. Рисунок 3.23 – Схема с фиксированным током базы Решение: Рассмотрим контур E - Rб - Uбэ0, для него напряжение  , аналогично для второго контура E – Rк - Uкэ0 :  .Из уравнения для второго контура выразим Iк0:  ; , отсюда находим  .Определив ток базы, мы сможем найти напряжение смещения Uбэ0.  Ответ: напряжение смещения равно Uбэ0=1В. Задача 3. В схеме усилительного каскада (рисунок 3.24) определить значения резисторов R и Rэ, если известно, что E=20B, Uбэ0=1В, постоянный ток коллектора Iк0=2мА, ток делителя Iдел=4Iб0, h21э=40, Rк=3кОм, Rб=47кОм. Iб0 – ток смещения.  Рисунок 3.24 – Схема усилителя на БТ с эмиттерной стабилизацией при включении транзистора с общей базой Решение: Найдем Rд, для этого необходимо определить ток протекающий через него, составим уравнение для контура E-Rб-R.  , из него выразим R:  .Чтобы найти Iделнужно знать токIбо, его можно найти из соотношения для коэффициента усиления по току  , отсюда  . Для тока делителя известно соотношение Iдел = 4 Iб0.  .Следовательно  .Rэ включен параллельно контуру Uбэ0–R. Так как падение напряжения на них одинаковое, и мы знаем ток через Rэ то можно найти его сопротивление.  Ответ: R=100кОм, Rэ=10,25кОм. Задача 4 Изобразить схему однотактного усилительного каскада с ОЭ с коллекторной стабилизацией и определить значения резисторов в коллекторной цепи Rк, в цепи базы Rб, используя приведенное семейство выходных характеристик (рисунок 3.22) с нагрузочной прямой по постоянному току и значение напряжения смещения Uбэ0=0,6В. Определить глубину ООС, стабилизирующей выходной ток покоя Iк0, в данной схеме.  Рисунок 3.22 – Семейство выходных характеристик БТ Н  арисуем схему усилителя с коллекторной стабилизацией, при включении с ОЭ. Рисунок 3.23 – Схема с коллекторной стабилизацией По нагрузочной прямой, опустив перпендикуляры на оси получим, значение  и  . Из графика также получим значения E и  . ,  ,  ,  , .Рассмотрим контур  , для него верно уравнение  . Отсюда определим Rк:  .Рассмотрим второй контур  , для него будет верным такое уравнение:  . Из него можем определить  :  .Выражение для определения сквозной глубины равно:  . Для данной схемы входное сопротивление УЭ находится как:  . Коэффициент передачи по току для данной схемы будет равен:  . Зная  и  , мы сможем определить глубину ООС: Ответ:  ,  ,  .ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ Дать определение режима работы транзистора. Перечислить режимы работы, их достоинства и недостатки, область применения. Показать точку покоя для режима «А» на характеристике прямой передачи и на семействе выходных статических характеристиках транзистора, включенного с общим эмиттером. Из каких соображений выбирается точка покоя транзистора, работающего в режиме «А»? Показать точку покоя для режима «В» на характеристике прямой передачи и на семействе выходных статических характеристиках транзистора, включенного с общим эмиттером. В чем отличие идеального и реального режима «В»? Пояснить порядок построения нагрузочной прямой по постоянному и переменному току на примере схемы с фиксированным током базы. Что такое «нагрузка»? Что может использоваться в качестве нагрузки для усилительного каскада? Что является нагрузкой по постоянному и переменному току для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером и эмиттерной стабилизацией. Перечислить дестабилизирующие факторы, влияющие на свойства транзистора и параметры усилительного каскада. Для чего необходимо стабилизировать режим работы транзистора? К каким последствиям может привести отсутствие стабилизации? Пояснить, как влияет температура на входные, выходные и проходные характеристики транзистора. Нарисовать (качественно) на семействе выходных статических характеристиках нагрузочные прямые по постоянному и переменному току в схеме с фиксированным током базы. Как изменятся эти характеристики (и точка покоя) при возрастании температуры? Изобразить характеристику прямой передачи транзистора. Пояснить, как изменится эта характеристика, точка покоя и форма выходного сигнала в схеме фиксированным током базы при возрастании температуры? Сравнить со схемами коллекторной и эмиттерной стабилизации. Нарисовать схему усилительного каскада с коллекторной стабилизацией (транзистор включен по схеме с ОЭ). Показать пути протекания постоянного тока. Пояснить назначение элементов и принцип стабилизации. Нарисовать схему усилительного каскада с эмиттерной стабилизацией (транзистор включен по схеме с ОЭ). Показать пути протекания постоянного тока. Пояснить назначение элементов и принцип стабилизации. Нарисовать схему усилительного каскада с комбинированной стабилизацией (транзистор включен по схеме с ОЭ). Показать пути протекания постоянного тока. Пояснить назначение элементов и принцип стабилизации. Нарисовать схему усилительного каскада с эмиттерной стабилизацией (транзистор включен по схеме с ОЭ). Показать пути протекания постоянного и переменного тока. Пояснить назначение емкости в цепи эмиттера. Из каких соображений выбираются сопротивления делителя в схеме с эмиттерной стабилизацией? Из каких соображений выбираются сопротивления Rк и Rэ в схеме с эмиттерной стабилизацией? Как следует изменить элементы схемы с эмиттерной стабилизацией, чтобы увеличить эффективность стабилизации? Какие методы могут применяться в схемах усилителей для стабилизации режима работы транзисторов? Дать краткую характеристику. В чем суть метода температурной компенсации, применяемой в усилительных каскадах для стабилизации режима работы с применением термозависимых элементов? Привести примеры схемной реализации. Для чего в схемах усилительных каскадов ставят разделительные емкости? К чему приведет отсутствие емкости Сэ в схеме с эмиттерной стабилизации? Пояснить ответ. Нарисовать схему усилительного каскада с фиксированным напряжением смещения. Пояснить назначение элементов. Сделано ли что-то в данном усилительном каскаде для стабилизации точки покоя при изменении температуры окружающей среды? С помощью каких элементов создается отрицательная обратная связь в схемах с коллекторной, эмиттерной и комбинированной стабилизацией? Определить способы снятия и подачи обратной связи. ТЕСТОВЫЕ УПРАЖНЕНИЯ В схеме усилителя с КС (рисунок 3.24) определить значения резисторов Rб = Rб + Rб, если известно, что ЕП = 22В, постоянный ток коллектора iк0 = 10 мА, h21э= 40, Uбэ0= 0.4В, ток делителя iдел= 6iб0, где iб0 –ток смещения, Rк= 1.1 кОм. (Ответ: Rб = 42,4кОм)  Рисунок 3.24 – Схема с коллекторной стабилизацией В схеме усилительного каскада с ЭС (рисунок 3.19) определить значения резисторов Rи Rэ, если известно, что Е = 20В, Uбэ0 = 1В, постоянный ток коллектора ik0=2мA, ток делителя iдел=4Iб0, где iб0 – ток смещения, h21э=40, Rб=47кОм. (Ответ: R = 41.25кОм; Rэ = 3кОм). Изобразить схему однотактного усилительного каскада с ОЭ и коллекторной стабилизацией (рисунок 3.11). Определить значения резисторов в коллекторной цепи (Rк), и в цепи базы (Rб), используя приведенное на рисунке 3.25 семейство выходных характеристикс нагрузочной прямой по постоянному току, если значение напряжения смещения Uбэ0= 0,4В. (Ответ: Rб = 18,67кОм; Rк = 500 Ом)  Рисунок 3.25 Для схемы с ЭС определить (рисунок 3.19) значения постоянного тока коллектора iк0 и напряжения в точке покоя Uкэ0, если известно, что E=22B, h21э=40, Rк=1 кОм, Rб=16 кОм, R=0,8 кОм, Rэ=0,5 кОм, ток делителя iдел=5iб0. (Ответ: iк0 = 8,8мА; Uкэ0 = 8,7В). В  усилительном каскаде (рисунок 3.26) рассчитать значения резистора Rб,R,Rэ, если известно, что E=14B, Uкэ0 = 6 В,Uбэ0 = 0,5 В, iб0= 0,05 мА, h21э=40, ток делителя iдел=5iб0. (Ответ: Rб = 21,7кОм; R = 30кОм; Rэ = 3,9кОм).Рисунок 3.26 |