Конспект лекций по электронике В.А. Куликов

2) класс В – точка «о» совпадает с точкой «б» на НХ , то есть в схеме отсутствует цепь БТ; в этом случае БТ будет усиливать только одну полуволну входного переменного сигнала (в схеме на рис. 6.7 – положительную полуволну);

3) класс АВ – точка «о» находится между точками, соответствующими классам А и В – воспроизводится полностью одна полуволна и часть другой полуволны.

6.3 Условия согласования усилителя с источником сигнала и нагрузкой

Согласование усилителя с источником сигнала (со стороны входа) и нагрузкой (со стороны выхода) можно рассматривать, используя одну общую эквивалентную схему на рис. 6.11. Здесь в первом случае эквивалентный источник напряжения Eг , Rг соответствует источнику усиливаемого сигнала, а нагрузка Rн представляет собой входное сопротивление усилителя, во втором случае эквивалентный источник напряжения представляет усилитель со стороны выхода, а нагрузка – его нагрузку.

В схеме рис. 6.11 условия (тип) согласования определяются соотноше-

В этом случае напряжение на нагрузке практически равно напряжению источника (максимально) и не зависит от сопротивлений источника и нагрузки:

Рис. 6.11

2) Согласование по току осуществляется при условии

Чтобы определить возникающий при этом эффект, преобразуем в схеме рис. 6.11 эквивалентный источник напряжения Eг , Rг в эквивалентный источник тока Iг , Rг (рис. 6.12).

Рис. 6.12

Как видно, при выполнении условия согласования по току (6.19) весь ток источника Iг протекает через нагрузку (максимален), то есть

В этом случае также ток нагрузки не зависит от сопротивлений источника и нагрузки.

3) Согласование по мощности соответствует условию

Возникающий при этом эффект виден из графика зависимости мощности в нагрузке Pн от сопротивления нагрузки Rн (рис. 6.13).

Pн

Pн мах

Рис. 6.13

Из рисунка видно, что при выполнении условия (6.21) в нагрузке выделяется максимальная мощность. Также изменение сопротивлений Rг и Rн в их окрестности не влияет на мощность в нагрузке, т.к. произведение напряжения и тока в нагрузке не изменяется:

Вопросы для контроля знаний

1.Перечислите и дайте определение основным параметрам усилителя.

2.Перечислите и поясните основные характеристики усилителей.

3.Что такое нагрузочная характеристика БТ?

4.Какие нагрузочные характеристики бывают?

5.Что такое согласование усилителя с источником сигнала и нагруз-

кой?

6.Какие виды согласования применяются?

7.Назовите условия согласования по напряжению, току и мощности.

7 Цепи смещения

7.1Цепи смещения БТ в схемах ОЭ, ОБ, ОК

Вобщем случае смещение БТ в усилителях можно осуществлять со стороны базы или эмиттера фиксированным напряжением или током.

На рис. 7.1 показана схема ОЭ, в которой смещение осуществляется со стороны базы фиксированным начальным напряжением с помощью делителя напряжения на резисторах R1, R2:

При этом БТ переводится в активный режим, в базе устанавливаются начальные токи базы I0б и коллектора I0к I0б .

Напряжение на коллекторе U0к Eк I0кRк в классе A устанавливают

равным Eк . Для точной настройки последнего в условиях разброса парамет-

2

ров БТ (коэффициента В) в цепи смещения предусматривается подстройка резистора R1 (здесь и далее подстраиваемый резистор обозначается звездочкой – R1* ).

Рис. 7.1

Смещение фиксированным током базы осуществляется в схеме ОЭ на рис. 7.2. С помощью резистора R1 устанавливаются начальный ток базы

Рис. 7.2

В схеме ОБ на рис. 7.3 смещение БТ осуществляется со стороны эмит-

Рис. 7.3

На рис. 7.4 в схеме ОБ смещение БТ производится фиксированным напряжением со стороны базы. Как в схеме ОЭ на рис. 7.1, используется делитель напряжения на резисторах R1, R2. Конденсатор C3 обеспечивает подключение базы БТ к общему проводу по переменному току, чтобы весь усиливаемый входной сигнал поступал на управляющий переход база-эмиттер БТ (через конденсаторы C1, C3).

Рис. 7. 4

В схеме ОК (рис. 7.5) чаще всего используется цепь смещения в виде делителя напряжения на резисторах, которая фиксирует напряжение на базе БТ, как в схемах на рис. 7.1 и 9.4. Выполняются соотношения:

Рис. 7.5

7.2 Термостабилизация рабочей точки БТ

Представленные выше схемы ОЭ имеют низкую термостабильность рабочей точки. Причиной служит зависимость параметров БТ от температуры – обратного тока коллектора Iк0(T), коэффициента усиления по току В(T) и падения напряжения на открытом эмиттерном переходе Uбэ (T). Влияние температурных зависимостей параметров БТ на начальный ток коллектора иллюстрируется схемой

Iк0 I0к U0к

Здесь отражен характер изменения параметров БТ и начальных электрических величин в схемах при повышении температуры. Как видно, повышение температуры ведет к изменению параметров БТ таким образом, что, в конечном итоге, эти изменения приводят к увеличению начального тока коллектора I0к и уменьшению напряжения на коллекторе U0к .

Термостабильная схема ОЭ представлена на рис. 7.6

Рис. 7.6

В отличие от схемы на рис. 7.1 здесь в цепь эмиттера БТ введен дополнительный резистор термостабилизации рабочей точки. На переменном токе в области рабочих частот усилителя его влияние исключается за счет присутствия шунтирующего конденсатора C3.

При изменении, например, повышении температуры среды благодаря зависимости параметров БТ от температуры начальный ток коллектора I0к стремится увеличиться. При этом, соответственно, возрастает ток эмиттера I0э и увеличивается напряжение на эмиттере U0э I0эRэ . Поскольку напряжение на базе U0б фиксировано делителем R1, R2, то увеличение U0э приводит к уменьшению падения напряжения на переходе база-эмиттер БТ и к его призакрыванию. Поэтому увеличение тока коллектора БТ ограничивается. Схема действия цепи термостабилизации может быть представлена последовательным графом

Схемы усилителей с ОБ и ОК , представленный выше, содержат в цепи эмиттера БТ резистор, поэтому они относятся к термостабильным.

Вопросы для контроля знаний

1.Для чего нужна цепь смещения в усилителях?

2.В каком режиме и классе работает БТ в схемах усилителей?

3.Какие схемы усилителей являются термостабильными, а какие нет?

4.Каким образом осуществляется термостабилизация рабочей точки БТ

вусилителях?

5.Какой вид ООС используется в термостабильных схемах?

6.Поясните общий принцип термостабилизации рабочей точки в БТ.

8 Усилители на БТ

8.1 Усилитель по схеме ОЭ

Схема, назначение элементов и принцип работы усилителя ОЭ.

Схема усилителя представлена на рис. 8.1.

Рис. 8.1

Здесь Eг , Rг - эквивалентные параметры источника сигнала; Rн - эквивалент нагрузки; R1, R2 - цепь смещения, обеспечивающая активный режим работы БТ; Rк - нагрузка БТ по постоянному току; Rэ - резистор термостабилизации рабочей точки; С1,С2 - разделительные конденсаторы, исключающие взаимное влияние усилителя, источника сигнала и нагрузки по постоянному току; C3 - конденсатор, подключающий эмиттер БТ к общему проводу по переменному сигналу и обеспечивающий вместе с конденсатором C1 передачу всего входного переменного сигнала на управляющий переход базаэмиттер БТ.

Принцип работы усилителя иллюстрируется рис. 8.2.

При нулевом входном напряжении Uвх 0 цепью смещения на базу БТ подается постоянное начальное напряжение U0б , под действием которого открывается переход база-эмиттер и БТ поддерживается в активном режиме. Протекают постоянные начальные токи базы I0б и коллектора I0к BI0б . На коллекторе присутствует начальное напряжение

U0к Eк I0кRк Eк .

2

Выходное напряжение равно нулю, так как конденсатор C2 не пропускает постоянный ток с коллектора на выход.

Рис. 8.2

При положительной полуволне входного усиливаемого сигнала Uвх 0 напряжение на базе увеличивается относительно начального значения. Токи базы и коллектора БТ также увеличиваются относительно своих начальных значений, а напряжение на коллекторе уменьшается. Конденсатор C2 пропускает переменную составляющую напряжения с коллектора, и на выходе формируется отрицательная полуволна усиленного сигнала.

При отрицательной полуволне входного сигнала Uвх 0 напряжение на базе уменьшается относительно начального значения. Соответственно уменьшаются токи базы и коллектора, а напряжение на коллекторе увеличивается. На выходе формируется положительная полуволна напряжения.

Усиление напряжения в усилителе происходит, с одной стороны, за счет усиления тока в БТ, а, с другой стороны, за счет достаточно больших сопротивлений Rк и Rн , на которых формируется переменная составляющая выходного напряжения при протекании переменного тока коллектора.

Как видно из временных диаграмм, усилитель по схеме с ОЭ является инвертирующим: при положительной полуволне входного переменного напряжения на выходе формируется отрицательная полуволна и наоборот.