Устранение нелинейных искажений путем смещения эмиттерного р-n перехода

Для устранения нелинейных искажений при усилении переменных напряжений (сигналов) эмиттерный р-n переход транзистора смещают в прямом направлении путем пропускания через него постоянного тока (рис. 3.5,а – «смещение током») или приложения к нему постоянного напряжения (рис. 3.5,б – «смещение напряжением»). С этой целью схему усилителя дополняют, так называемой, цепью смещения, назначение которой – обеспечить протекание по цепи база – эмиттер однонаправленного тока при наличии на входе сигнала переменного тока.

Рис. 3.5. Усилительные каскады по схеме с ОЭ с цепями смещения: током (а), напряжением (б) и временные диаграммы (в-е).

Цепь «смещения током» (рис. 3.5,а) состоит из резистора R_б, который создает цепь для протекания тока смещения I_см необходимой величины. Если пренебречь относительно небольшим в сравнении с R_б входным сопротивлением транзистора h_11э, то по закону Ома I_смU_пит/R_б.

Цепь «смещения напряжением» (рис. 3.5,б) состоит из делителя напряжения на резисторах R_б1, R_б2. Падение напряжения на резисторе R_б2 является напряжением смещения: U_смU_Rб2.

При наличии цепи смещения ток суммарный базы транзистора состоит из постоянной составляющей I_см (тока смещения) и переменной (синусоидальной), вызванной действием источника входного сигнала (рис. 3.5,в): i_бI_смi_вх.

Непрерывное изменение во времени тока базы вызывает непрерывное изменение коллекторного тока, который также содержит постоянную I_к0 (ток покоя) и переменную i_к составляющие (рис. 3.5,г): i_кI_к0i_к. Постоянная составляющая I_к0 обусловлена протеканием тока смещения, переменная i_к – входным током. Выходные напряжения в этой схеме (рис. 3.5,д,е) создается так же, как в предыдущей схеме.

Как и ток коллектора, выходные напряжения также содержат переменную и постоянную составляющие u_выхu_выхU_вых0. В большинстве случаев постоянная составляющая U_вых0 не используется. Простейшим методом отстройки от этой составляющей является включение в выходную цепь разделительного конденсатора С_р, имеющего бесконечно большое сопротивление на постоянном токе.

Отношение действующих значений (или амплитуд) выходного и входного переменных напряжений называется коэффициентом усиления по напряжению: k_U U_вых/U_вх. В режиме холостого хода (при отключенной нагрузке) коэффициентом усиления рассчитывается по формуле:

k_U h_21эR_к/h_11э. (3.5)

Указания к выполнению задачи 3

Схема на рис 3.1 представляет собой усилительный каскад с ОЭ, в цепь смещения которого включен фотодиод VD. Схема работает следующим образом. Световой поток, падающий на светочувствительную часть фотодиода, увеличивает его обратный ток I_д, который, протекая через базу, в свою очередь, вызывает увеличение тока коллектора I_к. При этом возрастает падение напряжения на резисторе R_к, что приводит к изменению показаний вольтметра V.

Расчет светового потока производится на основании уравнений (3.1)(3.3).

1). По заданному изменению U показаний вольтметра V по формуле (3.3) рассчитывается изменение тока коллектора I_кU/R_к.

2). По рассчитанному значению I_к определяется изменение тока фотодиода на основании формулы (3.2): I_дI_к/h_21э.

3). Поскольку световой поток  является причиной изменения тока I_д, то он может быть рассчитан, исходя из формулы (3.1): I_д/S_I.