- •Содержание
- •1 Биполярные транзисторы
- •1.1 Влияние дестабилизирующих факторов на свойства каскада
- •1.2 Анализ схем простейших усилительных каскадов
- •1.2.1 Каскад со смещением рт от источника тока
- •1.2.2 Каскад со смещением рт от источника напряжения
- •1.2.3 Определение нестабильности положения рт
- •1.3 Типовые схемы резистивных усилительных каскадов
- •1.3.1 Каскад с последовательной оос по току
- •1.3.2 Каскад с параллельной оос по напряжению
- •1.3.3 Сравнение основных типовых каскадов
- •2 Полевые транзисторы
- •2.1 Каскад с общим истоком
- •2.2 Каскад с общим стоком
- •3 Примеры расчета каскадов
- •3.1 Пример расчета усилителя напряжения с буферным каскадом на входе
- •3.1.1 Выбор схемы усилителя
- •3.1.2 Выбор типа транзистора
- •3.1.3 Расчет выходного каскада усилителя
- •3.1.4 Расчет входного каскада усилителя (эмиттерного повторителя)
- •3.2 Упрощенный расчет усилительного каскада
- •4 Активные фильтры
- •4.1 Общие сведения о фильтрах
- •4.2 Передаточная функция фильтра
- •4.3 Виды аппроксимации частотных характеристик
- •4.4 Каскадное проектирование активных фильтров
- •4.5 Выбор элементов активных фильтров
- •4.6 Особенности схем активных фильтров
- •5 Расчёт активных rc-фильтров нижних частот
- •5.1 Фильтр Баттерворта
- •5.2 Фильтр Чебышева
- •5.3 Выбор минимального порядка фильтра
- •5.4 Расчёт фнч второго порядка с мос
- •5.5 Расчёт фнч второго порядка на инун
- •5.6 Расчёт фнч первого порядка
- •6 Расчёт активных rc-фильтров верхних частот
- •6.1 Передаточная функция фвч
- •6.2 Расчёт фвч второго порядка с мос
- •6.3 Расчёт фвч второго порядка на инун
- •6.4 Расчёт фвч первого порядка
- •7 Расчёт полосовых активных rc-фильтров
- •7.1 Передаточная функция пф
- •7.2 Расчёт пф второго порядка с мос
- •7.3 Расчёт пф второго порядка на инун
- •8 Пример расчета активного rc-фильтра
- •8.1 Порядок расчета активных rc-фильтров нч или вч
- •8.2 Порядок расчета активных полосовых rc-фильтров
- •8.3 Пример расчета активного rc-фильтра вч
1.2.3 Определение нестабильности положения рт
Для схемы по рис. 1.9 выражение, определяющее ток базы, можно найти из уравнения:
,
которое с учетом принимает вид
,
откуда
, (1.37)
. (1.38)
Дифференцируя последнее выражение, найдем dIк:
, (1.39)
а после почленного деления на (1.38) найдем выражение для (при этом считаем β = βср):
. (1.40)
Из рассмотрения выражения (1.40) следует, что схема с делителем напряжения не обладает достаточной стабильностью положения РТ.
В несимметричных усилительных каскадах для температурной стабилизации РТ применяются два основных метода:
метод термостабилизации, основанный на применении отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному току (под такой ООС подразумевается обратная связь для очень медленных изменений токов и напряжений, вызванных действием дестабилизирующих факторов);
метод термокомпенсации, основанный на использовании в схеме термочувствительных элементов – терморезисторов, диодов, транзисторов. Эти элементы включаются так, что при колебаниях температуры окружающей среды их сопротивление изменяется по определенному закону и приводит к полной либо частичной компенсации изменений тока коллектора транзистора.
1.3 Типовые схемы резистивных усилительных каскадов
1.3.1 Каскад с последовательной оос по току
Такая ООС характерна для включения транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ), приведенной на рис. 1.13.
Рис. 1.13. Усилительный каскад с ОЭ
При рассмотрении схемы сделаем допущение, что Iк ≈ Iэ, справедливое для большинства современных транзисторов, имеющих βmin >> 1.
Интервалы времени, за которые происходят заметные температурные изменения токов и напряжений, лежат обычно в пределах единиц-десятков секунд, что соответствует частотам, значительно меньшим 1 Гц. Значения Rэ и Сэ обычно выбирают такими, что граничная частота этой цепи больше 5…10 Гц, поэтому при расчете режима работы транзистора по постоянному току можно считать, что │Zэ│≈ Rэ (конденсатор Сэ как бы отсутствует).
Коллекторный ток для этой схемы равен:
, (1.41)
а его приращения dIк и относительная нестабильность соответственно равны:
; (1.42)
. (1.43)
Заметим, что в этом выражении, в отличие от (1.40) отсутствует член . Это означает, что в этой схеме разброс значений β не влияет на положение РТ. Отсутствие такого влияния обусловлено отсутствием в цепи базы сопротивления и, следовательно, напряжение на базе относительно общего провода тождественно равно Еб при любом токе Iб.
Величина тем меньше, чем больше Еб. Например:
, .
Тогда при Еб = 0,8 В резистор Rэ должен иметь сопротивление:
,
а нестабильность равна .
Если Еб увеличить до 1,6 В, то для получения того же значения сопротивление резистора Rэ необходимо увеличить до 0,5 кОм, при этом нестабильность уменьшится до 10%. Увеличив Еб до 4,6 В (Rэ = 2 кОм), уменьшим нестабильность до 2,5%. Дальнейшее увеличение Еб нецелесообразно, так как при использовании резисторов ряда Е24 погрешность R(±5%) превышает 2,5%.
Главный недостаток схемы с ОЭ с нулевым значением Rб состоит в том, что в резистивных усилителях невозможно обеспечить последовательное соединение источников смещения Еб и сигнала uвх. Близкое к нулю внутреннее сопротивление источника сигнала для медленных изменений тока и напряжения и последовательное соединение Еб и uвх реализуемы только при наличии межкаскадного согласующего трансформатора. В резистивных каскадах применение трансформаторов крайне нежелательно либо невозможно (если усилитель широкополосный). Поэтому схема каскада с ОЭ неизбежно содержит резистор Rб (рис. 1.14).
Рисунок 1.14. Схема каскада с учетом Rб
Для этой схемы из выражения:
, (1.44)
находим ток базы:
, (1.45)
после умножения на β определяем:
. (1.46)
Для определения относительной нестабильности Iк определим dIк:
, (1.47)
с учетом (1.46) при β = βср
. (1.48)
Из последнего выражения следует: чем меньше Rб, тем ближе (1.48) к (1.43). С другой стороны, малые значения Rб могут недопустимо ухудшить усилительные свойства предыдущего каскада, поэтому при выборе Rб следует принимать компромиссное решение. Если в схеме есть конденсатор Сэ, то входное сопротивление каскада Rвх ОЭ ≈ h11Э и достаточно обеспечить условие Rб ≥ (2...5) h11Э. При отсутствии конденсатора Сэ: Rвх ОЭ ≈ h11Э + h21ЭRэ, а минимальное значение Rб определяется по выражению (1.14).