Контрольные вопросы к лекции

1. В чем заключаются причины ограничения сигнала в ЭП?

2. Какова последовательность анализа схемы ЭП?

3. Чем характеризуются стабилизаторы напряжения с ЭП?

4. В чем состоит принцип работы транзисторного источника тока?

5. Что такое рабочий диапазон транзисторного источника тока и чем он определяется?

6. Какие способы задания смещения применяют в транзисторном источнике тока?

7. В чем заключаются недостатки транзисторных источников тока и какие способы их устранения существуют?

ЛЕКЦИЯ 5

5.1. Усилитель с оэ

Рассмотрим источник тока, нагрузкой для которого служит резистор R_К. При подаче напряжения питания U_КК устанавливаются режимы по постоянному току. В результате с делителя R₁, R₂ задается напряжение смещения U_Б, которое определяет потенциал эмиттера U_Э = U_Б – 0,6 В (для n-p-n-транзистора). Резистор R_Э устанавливает постоянный ток эмиттера , а напряжение на коллекторе становится равным . Для симметричного изменения выходного сигнала в пределах всего динамического диапазона, определяемого напряжением источника питания U_КК, следует задавать U_К = 0,5U_КК. При этом относительно земли .

Рис. 5.1. Схема усилителя с ОЭ

Если через емкость на базу транзистора подать сигнал u_ВХ = u_Б, то переменное напряжение на эмиттере u_Э повторяет напряжение на базе u_Б и вызывает изменение эмиттерного и (приблизительно такое же изменение) коллекторного тока: . Этому изменению соответствует изменение коллекторного напряжения: . Здесь и далее прописными буквами I, U обозначены постоянные напряжения и токи, строчными буквами i, u − напряжения и токи сигнала.

Таким образом, увеличение напряжения на базе вызывает увеличение коллекторного тока, что приводит к возрастанию падения напряжения на коллекторной нагрузке и, соответственно, к уменьшению напряжения на коллекторе. Коэффициент передачи для данной схемы . Знак «–» говорит о том, что сигнал положительной полярности на входе дает усиленный сигнал отрицательной полярности на выходе. Такая схема называется усилителем с ОЭ с отрицательной обратной связью в цепи эмиттера.

Входное сопротивление схемы усилителя с ОЭ, как и эмиттерного повторителя, определяется входной цепью: , где – эквивалентное сопротивление делителя, а . Выходное сопротивление схемы усилителя с ОЭ определяется сопротивлением нагрузки. Действительно, выходная цепь схемы представляет собой последовательно соединенные сопротивления нагрузки R_К, закрытого коллекторного перехода R_КП, открытого эмиттерного перехода r_Э и эмиттерного сопротивления R_Э.

Рис. 5.2. К оценке выходного сопротивления усилителя с ОЭ

Сопротивлениями r_Э и R_Э можно пренебречь, так как они малы по сравнению с R_КП. Таким образом, выходная цепь фактически представляет собой делитель напряжения , так как .

5.1.1 Анализ схемы усилителя с оэ

Проанализируем схему, приведенную на рис. 5.3.

1. Исходя из напряжения питания U_КК = 20 В и значений резисторов делителя R₁ и R₂, определяем напряжение смещения базы транзистора: U_Б = 1,6 В.

2. Определяем U_Э = U_Б − 0,6 В = 1 В (для n-p-n-транзистора).

3. Определяем ток покоя

4. Определяем напряжение покоя U_К = U_КК – I_КR_К = 10 В. Проверяем выполнение условия симметричности изменения выходного сигнала. Условие выполняется в пределах максимально возможного динамического диапазона выходного сигнала.

5. Проверяем правильность выбора делителей R₁ и R₂. где R_Б = ßR_Э. Выбор правильный, так как R_ДЕЛ ≤ 10 к, а R_Б = 100 к при ß = 100.

6. Определяем частотный диапазон схемы , где – входное сопротивление схемы.

7. Определяем выходное сопротивление схемы: R_ВЫХ ≈ R_К = 10 к. Таким образом, схема работает на нагрузку R_Н ≥ 100 к = 10 R_К.

8. Определяем коэффициент усиления схемы .

Рис. 5.3. К анализу схемы усилителя с ОЭ

5.1.2. Расчет усилителя с ОЭ при небольшом коэффициенте усиления (К_U ≤ 10)

Выбор тока покоя I_ОК, соблюдение условия симметричности U_К = 0,5U_КК, обеспечение достаточно высокого потенциала в эмиттере U_Э 0,1U_К, что соответствует R_Э 0,1R_К, а также необходимого коэффициента усиления часто находятся во взаимном противоречии и требуют взаимного учета.

В целом может быть рекомендована следующая последовательность расчета:

1. Выбираем ток покоя транзистора .

2. Исходя из условия симметричности U_К = 0,5U_КК = U_КК – I_ОКR_К, определяем сопротивление R_К.

3. Исходя из требуемого К_U и стремясь одновременно обеспечить величину U_Э = I_ОЭR_Э достаточно высокой для достижения температурной стабильности схемы, выбираем R_Э. Необходимо иметь в виду, что величина U_Э ≤ 0,1U_К не обеспечивает хорошей температурной стабильности усилителя.

4. Определяем напряжение смещения на базе с учетом типа транзистора. Так, для n-p-n-транзистора U_Б = U_Э + 0,6 В, а для p-n-p − U_Б = U_Э − 0,6 В.

5. Выбираем величины сопротивлений делителя R₁ и R₂, исходя из условия где R_Б ≈ ßR_Э.

6. Обеспечиваем частотные свойства каскада, выбирая С₁ таким, чтобы , где . Обычно С₁ выбирают с 3–5-кратным запасом для обеспечения единичного коэффициента передачи ФВЧ в заданном диапазоне частот.