11. Частотный критерий устойчивости Найквиста. Запасы устойчивости. Применение положительной ос в генераторах аналоговых сигналов.

К ритерий устойчивости Найквиста основывается на анализе амплитудно-фазовой характеристики T= b_ОС K₀=f(ω). Согласно данному критерию усилитель считается устойчивым, если при изменении частоты сигнала от 0 до бесконечности годограф амплитудно-фазовой характеристики b_ОС K₀ при разомкнутой обратной связи не охватывает точку с координатами (-1, j0) (кривая 1). В противном случае, если же годограф охватывает эту точку, то усилитель будет неустойчивым (кривая 2).

В условиях эксплуатации параметры усилителя по тем или иным причинам могут меняться в определенных пределах (старение, температурные колебания и т.п.). Эти колебания параметров могут привести к потере устойчивости системы, если она работает вблизи границы устойчивости. Поэтому стремятся спроектировать усилителя так, чтобы он работала вдали от границы устойчивости. Степень этого удаления называют запасом устойчивости. Согласно критерию Найквиста, чем дальше годограф от критической точки (-1, j0), тем больше запас устойчивости. Различают запасы устойчивости по модулю и по фазе.

З апас устойчивости по модулю характеризует удаление годографа АФЧХ разомкнутой САУ от критической точки в направлении вещественной оси и определяется расстоянием h от критической точки до точки пересечения годографом оси абсцисс.

Запас устойчивости по фазе характеризует удаление годографа от критической точки по дуге окружности единичного радиуса и определяется углом между отрицательным направлением вещественной полуоси и лучом, проведенным из начала координат в точку пересечения годографа с единичной окружностью.

Генераторы гармонических колебаний стоятся на основе усилителей с ПОС, обеспечивающих режим самовозбуждения на требуемой частоте. Для работы генератора необходимо выполнить два условия: б аланс амплитуд и баланс фаз. При соблюдении данных условий цепь переходит в режим автоколебаний (самовозбуждения) т.е. цепь начинает генерировать гармонические колебания. Частота этих колебаний задается конструкцией и номиналами элементов цепи.

12. Цепи питания и смещения. Влияние условий эксплуатации и разброса значений параметров транзисторов на режим их работы по постоянному току. Методика расчета цепей питания и стабилизации режима работы транзисторов по постоянному току.

Цепи обеспечивающие определенность положения рабочей точки называются цепями смещения. Исходная рабочая точка определяет режим работы каскада на постоянном токе. Её положение в каскаде на БП транзисторе задается током коллектора I_К0 и разностью потенциалов U_КЭ0. В условиях, когда в схеме заданы напряжение источника питания E_п и сопротивление R_H, включенное в выходную цепь транзистора на постоянном токе, положение ИРТ однозначно характеризуется значение тока I_K0, так как вторая координата U_КЭ0=E_П - I_К0R_H.

Методика стабилизации заключается в том, чтобы обеспечить стабильность положения ИРТ, т.е. тока коллектора I_К0, т.к. он определяет режим работы усилительного каскада.

Дестабилизирующие факторы – это факторы, действие которых проявляются в самом транзисторе

независимо от схемы его включения. К таким факторам для биполярного транзистора прежде всего относятся следующие три: неопределенность I_БЭ разности потенциалов база—эмиттер U_БЭ0 при

данном значении тока коллектора I_К0; неопределенность ΔВ коэффициента передачи тока базы В ;

неопределенность ΔI_0К обратного тока перехода база — коллектор.

Значение тока I_K0 выбирают главным образом в результате компромисса между возможностью получения хороших усилительных свойств, с одной стороны, и высокой стабильности и определенности режима работы с другой стороны. Увеличение I_K0 улучшает усилительные свойства, но при этом оно вызывает рост его входной и выходной проводимостей и токопотребления, а также

мощности Pt, выделяемой в транзисторе в виде тепла. Большой ток I_K0 желателен с точки зрения уменьшения влияния факторов, дестабилизирующих работу каскада на постоянном токе. С этой точки зрения необходимо, чтобы в каскаде па биполярном транзисторе выполнялось условие

I_K0>> I_0K h_21Э.

где I_0K — неуправляемый ток обратносмещенного р-n перехода;

h_21Э — номинальное значение коэффициента усиления транзистора по току в схеме с заземленным эмиттером.

13. Нестабилизированные и стабилизированные цепи смещения. Стабилизация режима работы транзисторов с помощью ООС.

Ц епи обеспечивающие определенность положения рабочей точки называются цепями смещения. Эти цепи нужны для обеспечения стабильности режима работы усилителя.

Стабилизированные цепи смещения.

БП транзистор можно рассматривать как усилительный прибор, управляемый током. Поэтому следует задавать положение рабочей точки за счет тока базы транзистора I_Б0. Данную схему можно рассматривать как схему с фиксированным током базы, т.е. таким, которые практически не зависит от свойств конкретного транзистора и воздействия дестабилизирующих факторов. Указанная независимость обусловлена тем, что сквозная передаточная ВАХ биполярного

транзистора, представляющая функциональную связь напряжения

база — эмиттер U_БЭ с током коллектора I_К такова, что напряжение Uбэ при любом токе коллектора практически неизменно. Приближенное значение напряжения, соответствующее работе транзистора в режиме усиления сигналов, будем называть номинальным напряжением база— эмиттер U_БЭ0=0,7 В. Значение номинального напряжения в малой степени зависит от свойств конкретного транзистора. Технологические и температурные вариации напряжения U_БЭ0 обычно не превышают 50 ... 70 мВ. В связи с этим пренебрежимо малыми оказываются и в озможные вариации тока базы I_Б0. Однако схемы с фиксированным током базы не находят широкого применения, так как она не могут обеспечить высокой стабильности и определенность положения РТ. Это связано с тем, что у биполярных транзисторов наблюдается существенный разброс значений коэффициентов передачи β тока базы, и так как I_К0 ≈ β I_Б0, то при фиксированном токе I_Б0 токи I_К0 в различных экземплярах усилительных схем при бесподстроечной технологии их изготовления могут существенно отличаться.

Стабилизированные цепи смещения (Схема эмиттерно - базовой стабилизации).

С помощью схемы ЭБ стабилизации обеспечиваются высокая стабильность и определенность тока коллектора I_К0. В ней потенциал базового вывода транзистора питается от низкоомной цепи, например, с помощью резистивного делителя, относительно которого выполняется условие I_дел >> I_Б0 ≈ I_К0/В, благодаря чему при фиксированных значениях питающих напряжений E_П⁺ и Е_П^- потенциал базы U_Б0 практически не зависит от тока базы I_Б0 т. е. от свойств конкретного транзистора, что и дает основания называть эту схему схемой с фиксированным потенциалом базы. С точки зрения обеспечения в схеме стабильного определенного тока I_К0 существенным является то, что при работе

биполярного транзистора в режиме усиления сигналов разность потенциалов U_БЭ0 база —эмиттер в малой степени зависит от тока коллектора, поскольку эта зависимость по характеру приближается к логарифмической. Таким образом, можно считать, что в усилительном каскаде на биполярном кремниевом транзисторе малой и средней мощности потенциал U_БЭ передастся (транслируется) к его эмиттеру, за вычетом номинального напряжения U_БЭ0, которое для кремниевых транзисторов приблизительно равно 0,65 ...0,70 В. Благодаря этому независимо от свойств конкретного транзистора I_Б0 ≈ I_Э0 = (U₀ - U_БЭ0)/R₀ ≈ ( U_R2 — 0,7)/R₀. Указанные свойства наблюдаются практически во всем диапазоне возможных вариации выходных транзисторных токов и напряжений, соответствующих линейной (усилительной) области ВАХ.

Отрицательная ОС в условиях ее действия на постоянном токе уменьшает влияние дестабилизирующих факторов и разброса характеристик транзисторов на режимы работы каскадов на постоянном токе. При этом указанное стабилизирующее воздействие ООС оказывается на все каскады, охваченные петлей ОС. Объясняется это тем, что отличия от номинальных значений

токов ΔI₀ и напряжений ΔU₀ могут быть представлены в виде эквивалентных сигнальных генераторов тока и напряжения. Например, вариации коллекторного тока ΔI_K могут быть представлены с помощью генератора тока, подключенного к коллекторной цепи, либо в виде генератора ЭДС, включенного последовательно с нагрузкой на постоянном токе.

Действие петли ООС уменьшает воздействие дестабилизирующих факторов в число раз, равное глубине обратной связи в соответствии с соотношениями. ΔI_0f = ΔI₀/(1+T); ΔU_0f = ΔU₀/(1+T).