27.Охарактеризуйте транзисторные усилители постоянного тока в режиме переключений

Транзисторные УПТ в режиме переключений. Транзисторные усилители постоянного тока могут работать в режиме переключений или в режиме широтно-импульсной модуляции. В этом случае транзистор может находиться только в двух крайних состояниях: полностью открытом или полностью за­крытом. Это достигается определенным подбором элементов схемы и непосредственной связью между каскадами усилителя.

Транзисторный УПТ, работающий в режиме переключений, используется в качестве усилительно-пробразовательного элемента систем автоматического регулирования токов дуговых и ксеноновых ламп (см. рис. 42). На входе первого транзистора VI действуют два напряжения: эталонное U_э и напряжение U_д—пропорциональное току дуги.

Сигнал U_д имеет форму пилообразного напряжения. В моменты времени t₁—t₂ (рис. 44) напряжение U_Д>U_Э и потенциал эмиттера ниже потенциала базы. Транзистор VЗ полностью закрыт, напряжение на участке эмиттер—коллектор наибольшее, коллекторный ток не протекает. В моменты времени t₂—tз потенциал эмиттера выше потенциала базы, транзистор полностью открыт, и напряжение на участке эмиттер—коллектор мало, .коллекторный ток наибольший.

Р ис.44.

П ри номинальном значении входного сигнала промежутки времени открытого состояния транзистора равны промежуткам времени закрытого состояния. С учетом индуктивного характера нагрузки график изменения коллекторного тока VЗ приведен на рис. 45, а. В цепи коллектора среднее значение тока имеет величину I_ко.

Рис. 45.

При увеличении среднего значения входного напряжения транзистор большую часть периода будет закрыт (рис. 45, б), что приводит к уменьшению коллекторного тока и тока нагрузки. При уменьшении среднего значения входного напряжения транзистор VЗ большую часть периода будет открыт (рис. 45, в) — коллекторный ток и ток нагрузки увеличится. Режим переключений имеет ряд преимуществ. Он самый экономичный, так как в открытом состоянии сопротивление транзистора небольшое, и на транзисторе почти не происхо­дит потерь мощности; в закрытом состоянии потери мощности тоже малы, так как сопротивление транзистора велико и коллекторный ток почти не протекает. В связи с этим увеличивается допустимое значение коллекторного тока по сравнению с обычным усилительным режимом работы транзистора. Корме того, режим переключений обеспечивает высокую стабильность характеристик и надежность работы усилителя. Основные показатели усилителя практически не зависят от разброса параметров транзисторов, изменения температуры и т. д. При замене транзисторов не требуется дополнительная настройка усилителя.

28.Охарактеризуйте усилитель на биполярном транзисторе

Схема усилителя на биполярном транзисторе приведена на рис. 6.7, а. В этой схеме сопротивления R₁ и R₂ задают режим покоя (П) каскада, при котором в транзисторе протекают только постоянные токи покоя базы 1_бп, коллектора I_{к п} и эмиттера I_{э п}. Так­же на базе, коллекторе и эмиттере действуют постоянные напряжения покоя U_б.п., U_к.п, U_э.п.

Емкости С₁ и С₂ — разделительные. Емкость С₁, препятствует протеканию постоянного тока с делителя R₁ R₂, а емкость С₂ препятствует прохождению постоянного напряжения на сопротивление R_н (на котором будет переменная составляющая коллекторного напряжения). Сопротивление R_э определяет ток покоя через транзистор при заданном напряжении U_б.п. Это сопротивление для переменного сигнала является отрицательной обратной связью, предназначенной для стабилизации режима покоя транзистора при изменении его температуры. Например, при увеличении из-за роста температуры тока коллектора покоя I_к.п возрастают ток эмиттера покоя I_эп и падение напряжения на сопротивлении R_э, поскольку U_э.п.= I_эп R_э

Рис. 6.7. Схема (а), входная (б) и выходная (в) статические вольт-амперные характеристики усилителя на биполярном транзисторе

Так как напряжение U_б.п фиксировано делителем R₁ R₂, то с увеличением U_э.п происходит закрывание транзистора, что приводит к уменьшению коллекторного тока. Происходит автоматическая балансировка режима работы транзистора в режиме покоя.

Введение сопротивления R_э изменяет работу каскада и при усилении переменного входного сигнала. Переменный ток эмиттера создает на этом сопротивлении падение напряжения U_э = I_э, R_э которое уменьшает усиливаемое напряжение. Коэффициент уси­ления каскада K=R_к/ R_э

Для исключения протекания переменного тока через сопротивление R_э его необходимо шунтировать сопротивлением С_э, при наличии которого общее сопротивление в цепи эмиттера

где Х_с = 1/iωC

Расчет параметров каскада в режиме покоя по постоянному току проводят графоаналитическим методом с использованием статических входных и выходных вольт-амперных характеристик (рис. 6.7, б, в).

Для определения параметров выходного сигнала в динамическом режиме усиления сопротивление нагрузки R_н подключа­ется параллельно сопротивлению R_к. Тогда общее сопротивление в цепи коллектора R_ко = R_К R_Н/(R_К + R_н). При этом следует учитывать, что Хс₂ = 0.

Сопротивление R_к> R_ко, поэтому нагрузочная прямая (см. рис. 6.7, б) проходит по линии СД.

Рассмотренный каскад дает ограниченное усиление из-за того, что сопротивление R_к определяет рабочую точку на выходных характеристиках по постоянному току с учетом допустимых нелинейных искажений. С увеличением R_к нелинейные искажения увеличиваются.