Вопрос 21: Виды цепей смещения транзисторов в усилительном каскаде, способы термокомпенсации.
После выбора рабочей точки находят параметры цепей для обеспечения требуемого статического режима работы, т.е. задают смещения в цепях базы (схема с ОЭ) или эмиттера (схема с ОБ).
У транзисторов от образца к образцу параметры нестабильны. Они меняются при изменении температуры. Поэтому применяются специальные меры для стабилизации коэффициента усиления, рабочей точки путем введения ОС или термосопротивления.
Есть общее выражение коэффициента температурной нестабильности:
S1 = ∆Ik T / ∆ IT = h21э / (1 + h21э * γб)
где γб показывает, какая часть коллекторного тока ответвляется в цепь базы:
γб = (rэ + Rэ) / (rэ + Rэ + rб + Rб)
rэ и rб – сопротивления слоев (из справочника).
γб показывает, во сколько раз приращение коллекторного тока больше, чем приращение теплового неуправляемого тока , вызванного изменением параметров транзистора.
S1 достигает максимума при γб = 1 (максимальная температурная стабильность статического режима).
Этому удовлетворяет условие:
rэ + >> rб + Rб (лучше ↑ Rэ, ↓ Rб).
Температурная стабильность каскада тем выше, чем больше Rэ, и меньше эквивалентное сопротивление базы делителя:
Rб = R1R2 / R1 + R2
Увеличение Rэ приводит к уменьшению коэффициента усиления, а уменьшение Rб снижает входное сопротивление усилителя. Для уменьшения S1 применяют либо термисторы в цепи базы (1 способ термостабилизации), либо применяют ООС по напряжению (2 способ термостабилизации). – Е к
R1 Rк
С1
R2 С2
Rэ
Выбирают десятки кОм. Обычно выбирают R1 ||R2 ≈ Rэ → S1 = 2 ÷ 5 (нормальный рассчитанный каскад).
Вопрос 22: Эммитерный (стоковый) повторитель (+Гусев).
Усилительный каскад с ОЭ:
позволяют получить наиболее высокий коэффициент усиления по напряжению.
имеют невысокое входное сопротивление и относительно высокое выходное сопротивление.
имеет узкий диапазон рабочих частот.
вносит фазовый сдвиг в 1800 в середине диапазона частот.
Каскад с ОБ характеризуется:
малые нелинейные искажения
хорошие частотные характеристики
низкое входное сопротивление, высокое выходное сопротивление
коэффициент усиления по напряжению зависит от нагрузки.
здесь эмитерный ток приблизительно равен коллекторному току, поэтому коэффициент усиления по току меньше 1.
R1 Rk
–
Ek
R2
У силительный каскад с ОК: – Ек
R1
Uвх
Uвых
R2
Rэ
Это эмитерный повторитель (ЭП)
Характеристика:
значения входного сопротивления Rвх ≈ 200 ÷ 300 кОм, т.е. достаточно высокое. Значения выходного сопротивления при большом h21э и низкоомном источнике сигнала при токе Iк ≈ 1 мА Rвых = 20 ÷ 25 Ом. Если возрастает рабочий ток, то Rвых = 0.2 ÷ 2 Ом.
kI ≈ h21э, kI ≈ 1 (в зависимости от источника питания)
при необходимости получения более высокого входного сопротивления применятся составная схема ИП.
Для этого используют схему составного транзистора (схема Дарлинтона):
VT2
VT1 к
б
Iк1 Ir2 = h21э Iб2 = h 221э Iб1
э
Iк1 = Iб2 = h21э Iб1
Входной ток в квадрат раз больше, чем базовый ток.
Т огда,
–
Ek
R1
R2
Rэ
Усиливает в квадрат раз. Этот ЭП лучше.
Пусть мы хотим в схеме с ОЭ построить такой усилительный каскад (здесь max k):
ОЭ
ОЭ
ОЭ
Rвх << Rвых >>
В таком каскаде будет потеря мощности. k3 не получается за счет потерь при согласовании, а получается вообще меньше первоначального k.
Более предпочтительная схема выглядит следующим образом:
Rвх
>> Rвых
<<
ОЭ
ЭП
ОЭ
Rвх >> Rвых <<
Это согласующий каскад. Здесь нет потерь. Имеет гораздо лучшие характеристики.
Характеристика усилительных каскадов с ОК:
Высокое Rвх, значение стабильно.
Большой коэффициент усиления по току.
Стабильный коэффициент усиления ku → 0.
Малое выходное сопротивление.
Никакого фазового сдвига между входными и выходными сигналами.
Если n – p – n – переход, то схемы те же, только не «– E», «+Е», т.е. изменяется лишь полярность.
к
U
= 20 В
токи
б
Uкэ = 10 В
10 В
э
Есть новый класс схем, использующий 2 транзистора. Будет 2 входа и 1 выход. Это дифференциальные усилительные каскады.