40

Билет №1. Вопрос №1.

Все транзисторы (и другие полупроводниковые приборы) требуют обеспечения им определенного вида смещения. В транзисторе переход коллектор — база должен быть смещен в обратном направлении, т. е. между коллектором и базой не должен протекать ток. Здесь ток, протекающий через переход коллектор — база, представляет собой либо ток утечки, либо пробоя. Возможность пробоя исключается правильным конструированием схемы. Утечка же является нежелательным (но почти всегда присутствующим) фактором, и ее необходимо учитывать при проектировании схем. Переход эмиттер — база транзистора должен быть смещен в прямом направлении. В режиме нормальной работы между базой и эмиттером протекает ток.

Требуемое смещение достигается с помощью подачи напряжений на соответствующие элементы транзистора, обычно через сопротивления и, таким образом, задача цепи смещения состоит в установке соотношений тока и напряжения коллектор-база-эмиттер для рабочей точки данной схемы.

Режим работы низкочастотных усилительных элементов определяется положением рабочей точки на проходной (выходной) динамической характеристике. Проходной динамической характеристикой называется зависимость выходного тока от входного напряжения. Для транзистора, включённого по схеме с ОЭ, зависимость будет Iк=f(Uбэ). Проходная динамическая характеристика может быть построена по входной и выходной характеристикам транзистора. Iк=f(Uб).

Режим работы класса А. В режиме работы класса А рабочая точка устанавливается налинейном участке проходной динамической характеристики. Для этого между базой и эмиттером транзистора при помощи одной из схем питания цепи базы необходимо создать постоянную составляющую напряжения, которая называется величиной напряжения смещения.

При отсутствии переменной составляющей усиливаемого сигнала рабочая точка называется рабочей точкой покоя. Рассмотрим нижеприведенный рисунок. До момента времени t1 переменная составляющая входного сигнала отсутствует, и под действием величины Eсм в коллекторной цепи транзистора будет протекать постоянная составляющая коллекторного тока, которая называется током покоя. Режим работы класса А характеризуется минимальными нелинейными искажениями, т.к. усилительный элемент работает на линейном участке характеристики. Форма выходного сигнала полностью повторяет форму входного только в усиленном виде. Недостатком режима класса А является низкий КПД. η=(25–30%). Это объясняется тем, что энергия от источника питания затрачивается не только на усиление переменной составляющей, но и на создание постоянной составляющей Iо, которая является бесполезной и в дальнейшем отсеивается разделительным конденсатором. Режим класса А применяется, в основном, в предварительных каскадах усиления.

Полный размах напряжения выходного сигнала усилителя класса А ограничен значением, несколько меньшим, чем на­пряжение источника питания. Поскольку выходное напряже­ние должно изменяться от отрицательного до положитель­ного значения, то, следовательно, амплитудное значение выходного сигнала не превышает половины напряжения источ­ника питания.

Режим работы класса В. В режиме класса В рабочая точка выбирается таким образом, чтобы ток покоя был равен нулю (смотрите нижеприведенный рисунок). ток коллектора протекает только в течение половины периода входного сигнала. Режим работы класса В характеризуется углом отсечки Θ. Углом отсечки называется половина той части периода, за которую в выходной цепи будет протекать ток. Для режима класса В угол отсечки Θ=90°. Характеризуется режим класса В высоким КПД η=60-70%. Недостатком режима класса В являются большие нелинейные искажения. Если в классе В функционирует только один транзистор, то возникают значительные искажения. Это происходит вследствие того, что форма результирующего тока коллектора имеет сходство только с положительной полуволной входного сигнала и в результате этого не соответствует полной форме входного сигнала. Однако имеется возможность использовать два транзистора в двухтактном включении с тем, чтобы вос­создать форму выходного сигнала, имеющую сходство с пол­ной формой сигнала на входе схемы.

		Применяется режим класса В в выходных двухтактных усилителях мощности. Максимальный выходной сигнал усилителя класса В экви­валентен полному размаху выходного сигнала усилителя класса А. Таким образом, если два транзистора соединены в двухтактную схему и работают в классе В, то их выходное напряжение может в два раза превышать выходное напря­жение, соответствующее классу А.
			Режим работы класса АВ. Иногда положение точки покоя в режиме класса АВ выбирается на нижнем изгибе проходной динамической характеристики (смотрите нижеприведенный рисунок). В этом случае будет иметь место ток покоя, но величина его будет значительно меньше, чем в режиме класса А. Угол отсечки Θ в режиме класса АВ будет меньше 90°. Режим класса АВ имеет несколько меньший КПД, чем режим класса В (η=50-60%) и несколько меньшие нелинейные искажения. Применяется так же, как и режим класса В, в двухтактных усилителях мощности.
				Режим работы класса С. Это режим, при котором величина Eсм имеет отрицательное значение (смотрите рисунок ниже). Результирующий коллекторный ток представляет собой импульс, ширина ко­торого значительно меньше половины периода входного сигнала. Форма выходного сигнала усилителя класса С не совпа­дает с формой входного воздействия даже при двухтактной работе. Режим класса С характеризуется максимальным КПД η=80%, но и наибольшими нелинейными искажениями. Режим С в усилителях применяется в выходных каскадах мощных передатчиков. Режим работы класса D. Режим работы класса D – это ключевой режим работы транзистора.
	При рассмотрении режимов работы на выходной вольтамперной характеристике (смотри рисунок ниже), можно выделить следующие режимы: режим отсечки (оба p-n перехода транзистора – и эмиттерный и коллекторный, закрыты. Iб=0, Ik=Iк обрат.); режим насыщения (оба перехода открыты: Iб=max, Iк= Iк насыщ., Uкэ→0); линейный режим (эмиттерный переход открыт, а коллекторный закрыт: Iбmax>Iб>0, Iк н.>Iк>Iкбо, Ек>Uкэ>Uкэ насыщ.); ключевой режим (рабочая точка скачкообразно переходит из режима отсечки в насыщение и наоборот, миную линейный режим).

Если говорить об схемах установки рабочей точки, то их достаточно много - так называемые, схемы А,В,С и т.д. (см. рис ниже.)

Цепь смещения А обеспечивает широкий диапазон возможных коэффициентов передачи по напряжению, но обладает наименьшей стабильностью из всех испей смещения. Значение сопротивления выбирается на основе компромисса между стабильностью и коэффициентом усиления.

Основные характеристики цепи смещения В по существу аналогичны характеристикам цепи смещения А, за исключением того, что ее стабильность выше. Такое повышение стабильности обусловлено подключением резистора базы RВ к коллектору, а не к источнику питания (принцип пассивной коллекторной термостабилизации. Если вследствие каких-либо причин увеличивается ток коллектора, то увеличивается и падение напряжения на сопротивлении RН понижая, следовательно, напряжение на коллекторе. Это уменьшает напряжение и ток базы и таким образом снижает ток коллектора.

Рис 1.2. Цепь смещения А

Рис. 1.4. Цепь смещения В

Рис. 1.5. Цепь смещения С

Рис. 1.7. Цепь смещения D

Рис. 1.8. Цепь смещения F

Цепь смещения С обеспечивает лучшую стабильность по сравнению с цепями смещения А или В за счет более низких коэффициента усиления и входного полного сопротивления.

Основные ее характеристики цепи Е аналогичны характеристикам цепи С. Однако эта цепь используется в тех специальных применениях, когда для управления током базы требуются как положительное, так и отрицательное напряжения, каждое из которых задается относительно потенциала земли.

Цепь смещения F используется в тех специальных случаях, когда необходимо задавать ток коллектор-эмиттер как от положительного, так и от отрицательного источников питания. Основные характеристики цепи смещения F по существу аналогичны характеристикам цепи смещения А, за исключением того, что ее коэффициент усиления по напряжению меньше вследствие низкого отношения сопротивлений RН/RЕ.