13. Выяснить назначение rэ в схеме усилительного каскада по схеме с общим эмиттером. Как его введение влияет на характеристики каскада ?

Для ограничения нестабильности режима покоя в схеме служит резистор Rэ. Постоянная составляющая тока к, проходит через резистор Rк, Т и резистор Rэ. Баланс напряжений в этой цепи:

Стабилизирующее действие резистора Rэ осуществляется за счет отрицательной ОС по постоянному току. При увеличении тока коллектора повышаются напряжение на Rэ и потенциал эмиттера относительно общей точки (потенциал базы задается делителем напряжение R1R2). Это приводит к снижению напряжения Uбэп и уменьшению тока базы Iбп, и следовательно, к уменьшению тока коллектора Iкп (точка покая перемещается вниз по линии нагрузка по постоянному току до пересечения с характеристикой, соответствующей уменьшенному значению тока базы).

Ток Iкп и напряжение Uкп приближается к первоначальному значению.

Для того, чтобы исключить ОС по переменному току, резистор Rэ, шунтирует конденсатором Сэ. Емкость конденсатора должно быть достаточно большой, чтобы можно быо пренебречь падением напряжения от переменной составляющей тока.

При выборе Rэ принимается во внимание, что увеличение его сопротивления увеличивает стабильность схемы, однако Rэ нельзя чрезмерно увеличивать, т.к. при этом требуется повышение напряжения источника питания Ек. Практически Rэ так, чтобы выполнялось условие

IэпRэ = Uэп = (0,1..0,2)Ек

При таком выборе Rэ полной стабилизации не достигается. Изменеия напряжения покоя Uкп при изменении температуры окружающей среды или замене транзистора может составить (0,2..0,3)Uкп. Допустимое значение Uкп учитывается при выборе напряжения покоя Uкп. Во избежание искажений отрицательной полуволны выходного напряжения за счет нелинейности выходных характеристик транзисторов пи выборе Uкп необходимо обеспечить выполнение условия: Uкп = Uкmin + Uкп + U^’_выхm , где Uкmin-напряжение на коллекторе, соответствующее началу пологого участка на вых. характеристиках, Uкп - допустимое изменение напряжение покоя, U^’_выхm – амплитуда выходного напряжения.

13. Привести схему компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа и объяснить принцип работы. Показать какие изменения необходимо ввести в схему для получения стабилизатора тока.

Компенсационные стабилизаторы напряжения используют зависимость вольтамперной характе­ристики транзистора от базового тока. Транзистор можно рассматри­вать как резистор с регулируемым сопротивлением перехода эмит­тер -— коллектор, которое определяется током базы. В качестве регу­лируемого сопротивления переход эмиттер — коллектор транзистора может включаться последовательно или параллельно с нагрузкой и выполнять функции основного исполнительного органа в процессе ре­гулирования (стабилизации) выходного напряжения.

Действие компен­сационных стабилизаторов напряжения основано на использо­вании принципа отрицательной обратной связи. Усиленный сигнал подается с выхода схемы на ее вход таким образом, чтобы компенсиро­вать изменение выходного напряжения.

На рис. 78 изображен компен­сационный стабилизатор напряжения последовательного типа. В цепи обратной связи включен элемент сравнения на транзисторе VТ2. Последний усиливает разность потенциалов, образованную опорным напряжением на стабилитроне VD и падением напряжения на резисторе R2, который входит в состав делителя R2 — R5.

Допустим, что при увеличении Е_вх напряжение U_вых в первый момент начнет возрастать. Это приведет к увеличению падения напряжения на резисторе R2, и потенциал базы транзистора VT2 станет выше. Увеличатся ток базы и ток коллектора транзистора VT2, ко­торый пройдет через резистор R1. Потенциал базы транзистора VT1 станет ниже. Сопротивление перехода эмиттер — коллектор транзи­стора VТ1 и падение напряжения на нем возрастут. Напряжение U_вых становится приблизительно равным прежнему значению.

Существует много модификаций схем рассмотренного типа, отли­чающихся в основном системой управления, в частности числом тран­зисторов усилительного звена и использованием в схеме дополнитель­ных источников питания элементов системы управления.

13. Привести схему импульсного стабилизатора напряжения и объяснить принцип работы. Показать какие изменения необходимо ввести в схему для получения стабилизатора тока.

Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения по способу управления регулирующего элемента подразделяют на релейные (или двухпозиционные) и с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Подробно работа ИСПН рассматривается на примере релейного стабилизатора, схема которого изображена на рис. 81. В этом стабилизаторе в блоке сравнения функции сравнения эталонного (опорного) напряжения с выходным напряжением стабилизатора совмещены с функциями релейного устройства. Те и другие функции выполняет стабилитрон VD1.

Релейное устройство через транзисторы VT2 и VT3, принадлежащие импульсному блоку, управляет регулирующим элементом — тран­зистором VT1. В качестве сглаживающего фильтра в ИСПН чаще всего используют Г-образные LC-фпльтры, так как при этом дости­гается наибольший к.п.д. стабилизаторов. Такой фильтр, состоящий из дросселя L_ф конденсатора С_ф применяется и в рассматриваемом стабилизаторе.

Релейный стабилизатор со стабилитроном работает таким образом. При подаче постоянного входного напряжения U_вх регулирующий транзистор VT1 открывается. Благодаря наличию индуктивной катушки L_ф ток через которую не может изменяться скачком, напряжение на выходе стабилизатора будет постепенно увеличиваться. Соответственно в блоке сравнения начнет увеличиваться напряжение U_вых, где — коэффициент деления резистивного делителя R8R9R10. При некотором значении этого напряжения стабилитрон VD1, открывается, что приводит к отпиранию транзистора VT3 и запиранию транзистора VT2, так как тран­зистор VT3 закорачивает его вход. В свою очередь, транзистор VT2 запирает регули­рующий транзистор VT1. После этого напряжение на выходе стабилизатора и в бло­ке сравнения начинает уменьшаться. При определенном значении U_вых стабили­трон VD1 закрывается, что приводит к запиранию транзистора VT3 и отпиранию транзисторов VT2 и VT1. Далее все процессы повторяются.

Изменения выходного напряжения из-за воздействия дестабилизирующих факторов приводят к соответствующим изменениям длительности закрытого и открытого состояний регулирующего транзистора VT1, в результате среднее значение выходного напряжения будет поддерживаться с определенной степенью точ­ности.

При снижении тока в импульсах, вырабатываемых транзистором VT1 в дросселе возникает э.д.с. самоиндукции, которая может вызвать перенапряжение на транзисторах и вывести их из строя. Для предотвращения этого включают диод VD2, через который гасится возникающая э. д. с. самоиндукции.

Основным преимуществом всех релейных ИСПН является их высокое быстродействие, а существенным недостатком — относительно большая амплитуда пульсаций выходного напряжения. Эти пульсации не могут быть сведены к нулю, так как переключения релейных элементов возможны только при изменениях выходного напряжения.

В стабилизаторах с широтно-импульсной модуляцией в импульсном блоке имеется генератор импульсов ГИ. Существует два типа стабилизаторов с ШИМ. В первом из них, структурная схема кото­рого изображена на рис. 82, а, частота генерируемых импульсов определяется элементами генератора импульсов ГИ, а длительность импульсов и пауз изменяется в зависимости от постоянного напря­жения, подаваемого на ГИ с выхода блока сравнения БС.

В стабилизаторах второго типа (рис. 82, б) генератором импульсов ГИ является генератор линейно изменяющегося напряжения ГЛИН, у которого пилообразные импульсы генерируются с постоянной частотой повторения. Напряжение U=U_оп-U_вых в блоке сравнения непрерывно сравнивается с линейно изменяю­щимся напряжением u_г(t) (рис. 82, в). Таким образом, управляю­щие импульсы u_у имеют разную длительность при неизменной час­тоте повторения импульсов. Под воздействием управляющих им­пульсов регулирующий элемент РЭ в стабилизаторах с ШИМ пере­ключается и в зависимости от длительности импульсов и пауз изме­няется среднее значение напряжения на выходе фильтра, в резуль­тате чего обеспечивается постоянство выходного напряжения стаби­лизатора в заданных пределах.