лекция. Лекции Полупроводниковые приборы
![]()
|
Температурная стабилизация режима работы транзисторов Изменения температуры окружающей среды разброс характеристик транзисторов приводят к изменению положения рабочей точки на нагрузочной прямой. При этом резко возрастают искажения. Для стабилизации тока коллектора очень часто применяется отрицательная обратная связь по постоянному току или напряжению. На рис. 5.3б приведена схема, где резистор смещения подключен непосредственно к коллектору транзистора. Если по каким-либо причинам ток коллектора увеличился, рабочая точка переместится по нагрузочной кривой вверх. Это вызовет возрастание падения напряжения на резисторе ![]() ![]() ![]() а при уменьшении тока базы рабочая точка смеряется вниз по нагрузочной прямой, в свое прежнее положение. В этой схеме часть напряжения усиленного сигнала через резистор смещения Кб ступает на базу — вход транзистора в противофазе с входным напряжением сигнала. Это означает, что в схеме рис. 5.3б действует отрицательная обратная связь по напряжению. Такая стабилизация рабочей точки получила название коллекторной. ![]() рис. 5.4а, б В схеме рис. 5.4а стабилизация наиболее эффективна. Стабилизация рабочей точки по постоянному в этой схеме осуществляется применением делителя напряжения ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Это необходимо для избежания отрицательной обратной связи по напряжению для сигнала, т. е. для того, чтобы переменная составляющая тока эмиттера прошла, минуя резистор ![]() Рабочую точку транзистора можно стабилизировать, используя терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом. Его нужно включить в базовую цепь транзистора (рис. 5.4б). При повышении температуры сопротивление такого терморезистора уменьшается, падение напряжения на нем и ток базы транзистора также уменьшаются. При этом увеличение тока коллектора, которое должно произойти при увеличении температуры, будет скомпенсировано уменьшением тока базы. Такое смещение называют термозависимым. Определение параметров каскада усиления графическим путем Динамические (реальные) параметры усилительного каскада в режиме малого сигнала можно рассчитать графическим путем. Для этого необходимо построить нагрузочную прямую в семействе выходных статических характеристик транзистора, а также воспользоваться статической входной характеристикой, снятой при ![]() По результатам графических построений можно определить основные параметры усилительного каскада. коэффициент усиления по напряжению ![]() ![]() ![]() коэффициент усиления по току ![]() коэффициент усиления по мощности ![]() входное сопротивление ![]() Аналитический метод определения параметров усилительного каскада Для аналитического расчета обходимо представить транзистор схемой его замещения и к ней присоединить элементы схемы усилителя. Удобнее пользоваться h-параметрами транзистора. Для прикидочных расчетов можно предположить, что, коэффициент обратной связи ![]() ![]() С учетом сделанного допущения эквивалентная схема усилителя значительно упроститься. Она представлена на рис 5.5, где транзистор представлен П-образной схемой замещения. ![]() В этой схеме: ![]() ![]() ![]() ![]() Нетрудно заметить, что для упрощенной схемы входное и выходное сопротивления равны ![]() ![]() входное и выходное напряжения: ![]() ![]() входной и выходной токи: ![]() ![]() Отсюда легко определить параметры усиления: ![]() ![]() ![]() ![]() Усилителями постоянного тока (УПТ) называют усилители, коэффициент усиления которых не снижается при снижении частоты вплоть до нуля. Такие усилители производят усиление не только переменной но и постоянной составляющей сигнала. По принципу действия УПТ подразделяют на 2 основных типа: прямого усиления и с преобразованием сигнала. Электрические сигналы, воздействуя на вход усилителя постоянного тока, во многих случаях малы по величине. Так, с помощью УПТ приходится усиливать напряжение порядка долей милливольта, а токи- порядка ![]() Очевидно, что при построении многокаскадных усилителей емкостная или трансформаторная связь не может быть использована, т.к. ни конденсаторы, ни трансформаторы не пропускают постоянный ток. Поэтому для соединения отдельных каскадов применяют гальваническую (непосредственную) связь. При этом базу транзистора каждого последующего каскада непосредственно соединяют с коллектором предыдущего. Это требование приводит к возникновению определенных трудностей, связанных с согласованиями режимов соседних каскадов по постоянному току. Такие трудности не возникают в усилителе переменного тока, где разделительные конденсаторы изолируют каскады по постоянному току. Согласование режимов соседних каскадов по постоянному току может быть осуществлено двумя способами. При первом способе дополнительный источник напряжения включают в цепь межкаскадной связи (рис. 5.37,а) в этом случае, напряжение смещения ![]() ![]() ![]() ![]() изменяя напряжение Е, всегда можно получить оптимальное для транзистора второго каскада напряжение смещения. При втором способе дополнительный источник постоянного напряжения включают в цепь эмиттера (или в цепь истока). При полярности напряжения ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() С конструктивной точки зрения, первый способ менее удачен, особенно в случае применения многокаскадных УПТ, так как будут необходимы дополнительный источники питания, и УПТ будет очень громоздким. Второй способ значительно лучше, так как роль дополнительного источника постоянного напряжения может играть, например, резистор R в цепи эмиттера, через который проходит постоянный ток. Величину постоянного тока ![]() ![]() Делитель R1, R2 обеспечивает смещение на базу транзистора VT1. при данной полярности источника питания ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() рис. 5.38, 5.39 Принципиальная трудность, возникающая при конструировании УПТ, заключается в том, что такие усилители обладают большой нестабильностью. Даже очень медленные изменения напряжения источников питания, а также параметров транзисторов и деталей схемы вследствие их старения, колебаний окружающей температуры вызывают медленные изменения токов, которые через цепи гальванической связи передаются на выход усилителя и приводят к изменениям выходного напряжения. Особенно вредными оказываются изменения токов в первых каскадах, так как они усиливаются последующими. В результате этого в отсутствие входного сигнала выходное напряжение УПТ колеблется около некоторого среднего значения. Это явление, называемое дрейфом нуля УПТ, является вредным, так как возникающее выходное напряжение невозможно отличить от полезных сигналов. Дрейф нуля оценивают в единицах напряжения на время (микровольт в час). Отношение выходного напряжения при отсутствии сигнала на входе к коэффициенту усилителя называют приведенным напряжением дрейфа: ![]() Величина приведенного ко входу напряжения дрейфа ограничивает минимально различимый входной сигнал; по существу, напряжение дрейфа определяет чувствительность усилителя. Если же напряжение дрейфа на входе усилителя окажется того же порядка, что и напряжение сигнала, или даже больше но, то уровень искажений усилителя достигнет и допустимой величины. Для уменьшения дрейфа нуля стабилизируют источники питания УПТ, вводят отрицательную обратную связь, а также применяют мостовые балансные схемы УПТ (рис. 5.39). Данная схема выполнена в виде моста, двумя плечами которого являются внутренние сопротивления транзисторов VT1и VT2(вместе с соответствующей частью резистора ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() При воздействии входного сигнала приращения эмиттерных токов, протекающих через резистор ![]() ![]() ![]() 8. Электронные генераторы Генераторами называются автоколебательные системы, в которых энергия источника постоянного тока преобразуется энергию незатухающих электрических сигналов переменного тока, частоты и мощности. В зависимости от формы колебаний различают автогенераторы синусоидальных и импульсных (релаксационных) колебаний. Автогенераторы (генераторы с самовозбуждением) используются в качестве возбудителей колебаний требуемых частот, т. е. задающих генераторов. Получаемые от них колебания поступают затем в последующие каскады с целью усиления или умножения частоты. Они находят широкое применение в радиопередающих и радиоприемных устройствах, в ЭВМ, в измерительной технике, в автоматике и телемеханике и т. д. Любой усилитель может быть превращен в автогенератор, если его охватить положительной обратной связью и обеспечить выполнение условия ![]() Высокочастотные автогенераторы, работающие в диапазоне частот от 100 кГц до 100 МГц, выполненные на основе схемы резонансного усилителя, часто называются генераторами LC- типа. Низкочастотные автогенераторы, работающие в диапазоне от 0,01Гц до 100 кГц, построенные на основе схемы усилителя на резисторах, называются генераторами RC-типа. |