Схемотехника 1

усилителя последовательно с источником сигнала EC , то имеется

последовательная ОС; в) ОС положительная и отрицательная:

в общем случае, с учетом влияния реактивных элементов для усилителя

к – угол сдвига фазы между U вых и U вх усилителя;

ос – угол сдвига фазы между U выхос и U вхос..

Если OC K (глубина ОС) – вещественная и положительная, то обратная

Положительная обратная связь (ПОС) увеличивает коэффициент усиления по напряжению (фазы входного сигнала усилителя и сигнала ОС совпадают), а отрицательная обратная связь (ООС) – уменьшает К (фазы названных сигналов противоположны).

В усилительной технике в основном применяют ООС, которая увеличивает: полосу пропускания f ; динамический диапазон усиления

Д; Rвх при последовательной ОС; при ОС по току;

уменьшает: коэффициент усиления К; нестабильность q ; нелинейные и линейные искажения; Rвх при параллельной ОС; Rвых при ОС по напряжению.

Подытоживая сказанное, можно сделать следующие выводы:

-введение цепи ОС может изменить основные параметры усилительного устройства как количественно, так и качественно;

-введение цепей ООС и ПОС, как правило имеет противоположное воздействие на параметры усилителя;

-способы введения и снятия сигналов ОС могут влиять на характер

11

3 Лекция 3. Обеспечение режима работы усилителя Содержание лекции:

–способы обеспечения смещения рабочей точки усилителя;

–стабилизация режима в усилительном каскаде.

Цели лекции:

–изучить виды смещения рабочей точки;

–изучить способы стабилизации режима работы усилительного

каскада.

3.1 Способы обеспечения смещения рабочей точки усилителя

Режим работы транзистора характеризуется начальным положением рабочей точки (р.т.) на линии нагрузки или на сквозной динамической характеристике в режиме покоя, т.е. при

отсутствии входного сигнала.

Начальное положение рабочей точки задается величиной тока во входной цепи или напряжением смещения.

Наибольшее распространение имеют независимое смещение и от коллекторного питания. Независимое смещение (рисунок

3.1) от Есм через Rб используется в усилителях мощности, в импульсных схемах.

3.1.1 Фиксированное смещение базовым делителем от коллекторного питания.

Потенциал базы жестко фиксируется делителем R1, R2 (рисунок 3.2). Ток течет от Eк через базовый делитель. Падение напряжения на R2 создает смещение на базу ECм Uбэ .

Чтобы ток делителя не зависел от тока базы покоя должно выполняться условие Iдел (2 5)Iбп . Для выполнения этого условия надо уменьшать R1, R2, но при

этом растет потребление энергии от Eк, падает кпд и падает входное сопротивление усилителя, а оно итак мало.

12

1/(ω Сэ)<< Rэ. Должно выполняться условие xc= 0,1 Rэ.

При увеличении температуры Т окружающей среды увеличивается тепловой ток Iк0 коллекторного перехода, следовательно, увеличивается ток Iк коллектора (Iк= Iк0+βIб). Это ведет к увеличению тока Iэ эмиттера (Iэ= Iк+ Iб) и падения напряжения URэ на Rэ (URэ= Iэ Rэ). Тогда смещение на базе Uбэ

уменьшается, т.к. Uбэ= UR2 – URэ. Уменьшение Uбэ подавляет возрастание коллекторного тока, стабилизируя его значение.

3.2.3 Коллекторная термостабилизация Используется параллельная отрицательная обратная связь (ООС) по

напряжению (рисунок 3.6) через Rб.

При увеличении температуры Т окружающей среды увеличивается тепловой

напряжения на Rк, что ведет к уменьшению Uк и тока базы Iбп

Iбп = Uкэ / Rб.

Суменьшением тока базы уменьшается

иток коллектора, то есть возвращается к прежнему значению.

Достоинством схемы является то, что не нужна специальная цепь смещения, так как смещение на базу подается от Eк через Rк и Rб. Но недостатком является то, что наличие ООС по переменной составляющей уменьшает коэффициент усиления и входное сопротивление.

Одной из распространенных конфигураций интегральных схем усилительных каскадов является схема рисунка 3.5, только без конденсаторов, т.е. схема эмиттерной термостабилизации. Также часто используется схема с эмиттерным повторителем на выходе (рисунок 3.7).

Здесь R5 – сопротивление ОС. На R4

– вход ОС, на R1 – выход ОС. Имеет место параллельная ОС (Uвх ус и UвыхОС соединены в одной и той же точке,

параллельны между собой) по напряжению (Uвых ус и UвхОС соединены в одной и той же точке).

14

Дополнительно R3 создает местную отрицательную последовательную ОС по току.

3.2.4 Термокомпенсация рабочей точки

Для получения большей стабильности и уменьшения рассеиваемой мощности можно применять нелинейные термочувствительные сопротивления: термисторы, диоды и другие нелинейные элементы с заметным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС).

На рисунке 3.8 применена термокомпенсация режима. Сопротивление

термистора Rt в цепи базового делителя зависит от температуры (t). С повышением температуры увеличивается тепловой ток Iк0 коллекторного перехода, следовательно, увеличивается ток Iк коллектора, одновременно уменьшается

сопротивление Rt, уменьшается, смещение Uб и уменьшается ток коллектора.

4 Лекция 4. Транзисторные УНЧ с общим эмиттером и с общей

базой

Содержание лекции:

–транзисторный УНЧ с общим эмиттером. Усилитель с общей базой.

Цели лекции:

–изучить усилительные каскады с ОЭ и с ОБ;

–эквивалентные схемы, основные параметры, особенности этих схем.

4.1 Транзисторный УНЧ с общим эмиттером. Эквивалентная схема

Для анализа и расчета усилителей используются эквивалентные схемы.

15

представить в виде его эквивалентной схемы. В схеме транзистора пренебрегаем:

дифференциальное сопротивление уменьшается по сравнению со схемой с ОБ

4.2 Эквивалентная схема транзисторного УНЧ с ОЭ для средних частот

На средних частотах коэффициент усиления усилителя К0 имеет максимальное значение и фазовый сдвиг = 0, так как на них емкости схемы не влияют. Действительно, так как разделительная емкость Ср1 большая, то ее емкостное сопротивление хС р1 R12 , rвх , включенное последовательно с

Поэтому Скэ тоже можно пренебречь. Из схемы (рисунок 4.2) получим схему для средних частот, в которой будут отсутствовать все емкости.

Определим основные параметры усилителя Rвх , Rвых , KI , KU , KP . Входное

16

меньше, чем на средних частотах. На эквивалентной схеме (рисунок 4.2) для НЧ будет отсутствовать только Скэ. Дополнительные частотные искажения на НЧ вносит цепь термостабилизации при неправильном выборе Сэ.

Для конденсаторов Ср1, Ср2 и Сэ постоянные времени соответственно

равны: н1 Cр1 (Rг R12 || rвх ) ; н2 Cр2 (Rк Rн ) ; н3 Cэ Rэ .

4.4 Эквивалентная схема транзисторного УНЧ с ОЭ для высоких частот

В области высоких частот все емкостные сопротивления уменьшаются,

последовательно, уменьшается и шунтирует Rн. Следовательно, уменьшается коэффициент усиления каскада. На эквивалентной схеме (рисунок 4.2) для ВЧ

17

зависимости коэффициента передачи тока β от частоты ω. В общем виде коэффициент усиления

Таким образом, усилительный каскад с ОЭ:

–имеет большой коэффициент усиления по напряжению и по току;

–rвх rвых ; rвх единицы килоом; rвых десятки килоом;

–полоса пропускания уже, чем в схеме с ОБ, так как барьерная емкость

всхеме с ОЭ больше, чем в схеме с ОБ;

–фазовый сдвиг в диапазоне средних частот.

Применяется в схемах, где недопустимы нелинейные искажения, например, в каскадах предварительного усиления.

4.5 Усилитель с общей базой

Усилитель с общей базой работает в классе А (рисунок 4.3). Eэ и Rэ служат для задания тока эмиттера Iэ в режиме покоя, Rк – для снятия

выходного сигнала; Ср1 и Ср2 - разделительные емкости. Основные параметры:

коэффициент усиления по напряжению

выходное сопротивление Rвых rк || Rк || Rн Rк ; фазовый сдвиг =0.

Особенности схемы:

а) коэффициент усиления по току КI << КU;

б) мало Rвх (сотни омов) и большое Rвых (сотни килоомов); в) шире частотный диапазон; г) малы нелинейные искажения; Используется схема:

а) в стабилизаторах тока;

18

б) при необходимости большего частотного диапазона, т.к. частотный диапазон усиления шире, чем с ОЭ;

в) для усиления импульсных сигналов и др.

5 Лекция 5. Типовые усилительные каскады на транзисторах Содержание лекции:

–эмиттерный повторитель;

–схема сдвига уровня напряжения;

–фазоинверсный каскад;

–выходные каскады усилителей.

Цели лекции:

–изучить усилительный каскад с ОК;

–изучить работу схемы сдвига уровня напряжения;

–изучить работу фазоинверсного каскада;

–изучить особенности выходных каскадов усилителей.

5.1 Эмиттерный повторитель (ЭП)

ЭП – это схема с ОК (рисунок 5.1). Нагрузка Rэ служит для снятия выходного сигнала, включена в цепь эмиттера. Резисторы R1 и R2 служат для создания смещения на базу.

Все выходное напряжение введено

б) коэффициент усиления по току КI Iвых 1 – сотни единиц;

Iвх

в) коэффициент усиления по мощности KP KU KI – сотни единиц;

г) входное сопротивление

Rвх R12 || rвх (1 ) (Rэ || Rн) – сотни килоом;

д) выходное сопротивление Rвых Rэ || Rн || rвых Rэ || Rн – единицы сотен

ом;

е) фазовый сдвиг =0.

Особенности схемы:

а) коэффициент усиления по току КI >>1 и по мощности Кр >1;

19