- •1. АЭУ. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
- •1.1. Назначение, область применения, классификация аналоговых
- •1.2. Усилитель как основной элемент АЭУ
- •1.3. Классификация усилителей
- •1.4. Параметры усилителей
- •1.4.1. Выходные и входные данные
- •1.4.2. Коэффициенты усиления
- •1.4.3. Частотная и фазовая характеристики
- •1.4.4. Переходная характеристика
- •1.4.5. Линейные искажения
- •1.4.7. Помехи и собственные шумы в АЭУ
- •1.4.8. Амплитудная характеристика
- •1.4.9. Нелинейные искажения
- •1.4.10. Потребляемая мощность и коэффициент полезного действия
- •2. УСИЛИТЕЛЬ (АЭУ) КАК ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИК
- •2.1. Основные определения
- •2.1.1. Четырехполюсники, их параметры и эквивалентные схемы
- •2.1.2. Определение показателей усилителя через параметры
- •2.2. Использование обратной связи в АЭУ
- •2.2.1. Виды обратной связи
- •2.2.2. Использование параметров четырехполюсника для описания
- •2.2.3. Коэффициент петлевого усиления и глубина обратной связи
- •2.2.4. Влияние обратной связи на коэффициент сквозного усиления
- •2.2.6. Влияние обратной связи на стабильность усилителя
- •3. РАБОТА АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА В УСИЛИТЕЛЬНОЙ СХЕМЕ
- •3.1. Схемы включения биполярных транзисторов
- •3.1.2. Включение биполярного транзистора по схеме с общей базой
- •3.2. Схемы включения полевых транзисторов
- •3.2.1. Общие сведения
- •3.2.2. Включение полевого транзистора по схеме с общим истоком
- •3.2.3. Включение полевого транзистора по схеме с общим затвором
- •3.2.4. Включение полевого транзистора по схеме с общим стоком
- •3.3. Режимы работы активных элементов
- •3.3.1. Общие положения
- •3.3.2. Режим А
- •3.3.3. Режим В
- •3.3.4. Режим С
- •3.3.5.Режим D
- •3.4. Цепи питания активных элементов
- •3.4.1. Общие положения
- •3.4.2. Подача смещения фиксированным током базы
- •3.4.3. Подача смещения фиксированным напряжением базы
- •3.4.4. Эмиттерная стабилизация
- •3.4.5. Коллекторная стабилизация
- •3.4.7. Цепи питания полевых транзисторов
- •4. КАСКАДЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Транзисторный резисторный каскад
- •4.2.1. Частотная характеристика. Область средних частот
- •4.2.2. Частотная характеристика. Область нижних частот
- •4.2.3. Частотная характеристика. Область верхних частот
- •4.3. Резисторный каскад на полевом транзисторе
- •4.3.1. Принципиальная и общая эквивалентные схемы
- •4.3.2. Частотная характеристика. Область средних частот
- •4.3.3. Частотная характеристика. Область нижних частот
- •4.3.4. Частотная характеристика. Область верхних частот
- •4.4. Широкополосные каскады и коррекция частотных характеристик
- •4.4.1. Общие положения
- •4.4.2. Влияние цепи RЭ,CЭ (RИ,CИ) на работу резисторного каскада
- •4.4.3. Высокочастотная индуктивная коррекция
- •4.4.4. Низкочастотная коррекция
- •4.5. Трансформаторный каскад
- •4.5.1. Эквивалентная схема трансформатора
- •4.5.3. Поведение трансформаторного каскада в области низких частот
- •4.5.4. Поведение трансформаторного каскада в области высоких частот
- •4.6. Специальные схемы каскадов предварительного усиления
- •4.6.1. Каскодный усилитель
- •4.6.2. Усилитель с распределенным усилением
- •4.6.3. Повторители напряжения с улучшенными характеристиками
- •4.6.4. Дифференциальный каскад
- •4.6.5. Усилитель с динамической нагрузкой
- •5. КАСКАДЫ МОЩНОГО УСИЛЕНИЯ
- •5.1. Общие сведения
- •5.2. Однотактные усилители мощности
- •5.3. Двухтактные усилители мощности. Общие сведения
- •5.4. Двухтактная схема усилителя мощности
- •5.5. Бестрансформаторные усилители мощности
- •6. УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
- •6.1. Основные свойства усилителей постоянного тока
- •6.2. Усилители постоянного тока прямого действия
- •6.3. Усилители постоянного тока с преобразованием
- •6.4. Реактивные усилители
- •7. УСИЛИТЕЛИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
- •7.1. Устойчивость усилителей с обратной связью
- •7.2. Критерий устойчивости Найквиста
- •7.3. Многокаскадные усилители с обратной связью
- •7.5. Паразитные обратные связи и борьба с ними
- •8.1. Общие положения
- •8.2. Основные параметры ОУ
- •8.3. Основные схемы включения ОУ с ООС
- •8.3.1. Инвертирующий усилитель
- •8.3.2. Неинвертирующее включение ОУ
- •8.3.3. Инвертирующий сумматор сигналов
- •8.3.4. Интегрирующий усилитель
- •8.3.5. Активные фильтры на базе ОУ
- •8.3.6. Логарифмирующий и антилогарифмирующий усилители
- •9. РЕГУЛИРОВКИ В УСИЛИТЕЛЯХ
- •9.1. Общие положения
- •9.2. Регулировка усиления
- •9.3. Регулировка тембра
- •9.3.1. Общие положения
- •9.3.2. Пассивные регуляторы тембра
- •9.3.3. Активные регуляторы тембра
3.4.2. Подача смещения фиксированным током базы
Схема задания рабочей точки биполярного транзистора, получившая название подача смещения фиксированным током базы, представлена на рис. 3.29, а.
E0
RБ |
I0K |
|
|
|
|
R2 |
|
|
∆IБ |
∆IК |
|
I0Б |
|
|
|
||
|
|
RБ |
h11 |
|
|
|
|
|
R2 |
||
|
|
|
∆I0 |
|
|
U0Б |
|
|
|
h21∆IБ |
|
|
|
|
|
||
а |
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.29 |
|
|
||
Постоянный ток базы для этой схемы равен |
|
||||
I0Б = |
E0 |
= |
E0 − U0Б ≈ |
E0 = const . |
(3.73) |
|
R Б + h11 |
|
R Б |
R Б |
|
Для любой реальной схемы выполняется неравенство RБ >> h11,поэтому величиной h11 можно пренебречь. В этом случае ток базы определяется только напряжением Е0 и сопротивлением RБ и может считаться постоянным, независимым от температуры. Нестабильность коллекторного тока определим из выражения (3.72). При большом сопротивлении RБ часть тока базы ∆IБ, зависящая от генератора нестабильности напряжения приведения оказывается пренебрежимо малой величиной. Действительно, если сопротивление RБ устремить в бесконечность, то источник ∆U0Б перестает действовать, и приращение коллекторного тока будет определяться только генератором тока ∆I0, зависящим от температурной нестабильности параметров h21 и IКО (3.70), следовательно, величиной ∆U0Б в выражении (3.72) можно пренебречь. Таким образом, в схеме транзистора по дрейфу остается только один источник нестабильности ∆I0
107
(рис. 3.29, б). Теперь найдем температурную нестабильность коллекторного тока:
∆I |
K |
= |
h21∆I0RБ |
≈ h ∆I |
0 |
. |
(3.74) |
|
|||||||
|
21 |
|
|
||||
|
|
|
RБ + h11 |
|
|
|
Даже при сравнительно незначительных изменениях температуры приращения коллекторного тока в данной схеме оказываются весьма значительными, поэтому схема подачи смещения фиксированным током базы практически не используется в промышленных усилителях, особенно, если они предназначены для работы в условиях изменяющейся температуры.
3.4.3. Подача смещения фиксированным напряжением базы
Если базу транзистора запитать от источника постоянного напряжения Е0 с малым внутренним сопротивлением, то напряжение на переходе эмиттербаза U0Б будет примерно равно Е0 и не будет зависеть от состояния транзистора. Такой способ питания называется подачей смещения фиксированным напряжением базы (рис.3.30,а).
Е0
|
Е0 |
RК |
|
RБ1 |
|
RБ |
|
|
U0Б |
RБ2 |
U0Б |
Е0Б |
|
|
а |
Рис. 3.30 |
б |
Сопротивление RБ является эквивалентом базовой цепи. Чтобы напряжение на базе оставалось постоянным и не зависело от температуры, необходимо, чтобы RБ было много меньше, чем величина h11.
108
В реальной схеме это соотношение достигается путем включения в базовую цепь низкоомного делителя RБ1, RБ2 (рис. 3.30, б). В этом случае величина RБ равна параллельному соединению сопротивлений RБ1 и RБ2. Если величина сопротивления RБ стремится к нулю, то генератор ∆I0 (рис. 3.28, б) перестает влиять на стабильность рабочей точки,
так как ток этого генератора замыкает- |
|
|
|
|
∆U0Б |
|
|
|
∆IБ |
∆IК |
|||||||||||||
ся через RБ и не протекает по переходу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
эмиттер-база, и, следовательно, не уча- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
RБ |
|
|
|
|
|
|
R2 |
|
|
|
||||||||||
ствует в создании |
тока |
∆IБ. Эквива- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
h11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
лентная схема транзистора по дрейфу |
∆IБ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h21∆IБ |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
принимает вид, |
изображенный |
на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
рис. 3.31. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.31 |
|
|
|
|
|||||
Температурное |
приращение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
коллекторного тока в этой схеме с учетом (3.72) равно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
∆IK = |
∆U0Бh21 . |
|
|
|
|
|
|
(3.75) |
|||||||||||||
|
|
|
RБ + h11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RБ1 |
RK |
Е0 |
RБ1 |
RK |
Е0 |
RБ1 |
RK |
Е0 |
|
|
VT |
|
|
VT |
|
|
VT2 |
RБ2 |
|
|
VD |
U0Б |
|
|
VT1 |
|
Rt |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
б |
|
|
в |
|
Рис. 3.32
Включение низкоомного делителя во входную цепь транзистора очень сильно снижает входное сопротивление каскада. Схема подачи смещения фиксированным напряжением базы из-за высокой нестабильности и малого входного сопротивления практически не применяется промышленностью. Исполь-
109
зование этой схемы в широком диапазоне температур возможно только при включении термокомпенсирующих элементов в цепь базового делителя. В этом случае параллельно сопротивлению RБ2 подключается терморезистор Rt с отрицательным температурным коэффициентом (рис. 3.32, а). Температурная зависимость терморезистора выражена сильнее, чем у транзистора, поэтому его всегда приходится шунтировать обычным резистором, иначе в схеме происходит перекомпенсация. С ростом температуры величина Rt уменьшается и уменьшается напряжение на нижнем плече делителя, т.е. на переходе эмиттер-база. В свою очередь уменьшающееся с ростом температуры напряжение на переходе эмиттер-база не позволяет расти коллекторному току. Схема на рис. 3.32, а имеет достаточно высокую температурную стабильность, но рассчитывается довольно сложно и обычно требует индивидуальной настройки. Для улучшения термостабильности можно включить в нижнее плечо базового делителя вместо резистора RБ2 полупроводниковый диод, температурная зависимость которого практически не отличается от аналогичной зависимости для транзистора VT (рис. 3.32, б). С ростом температуры проводимость диода увеличивается, напряжение на нем, а следовательно, и на переходе эмиттер-база U0Б уменьшается, и приращение тока коллектора транзистора, вызванное увеличением температуры, уменьшается. Дальнейшее развитие этого способа термокомпенсации рабочей точки представлено на схеме (см. рис. 3.32, в). В этой схеме вместо диода используется транзистор VT1 того же типа, что и транзистор VT2. Коллектор VT1 закорочен на базу, таким образом, между базой и эмиттером VT2 оказывается включенным эмттерный переход транзистора VT1, имеющий такую же температурную зависимость, как и транзистор VT2.
Широкое распространение подобная схема получила при создании генераторов стабильного тока (ГСТ), особенно в интегральной схемотехнике (рис. 3.33). Здесь транзистор VT1 используется в качестве диода, т.е. с закороченным коллекторным переходом.
Если транзисторы VT1 и VT2 идентичны IБ1 = IБ2 = IБ, h21,1 = h21,2 = h21, U0Б1 = U0Б2 = U0Б, то
I0 = h21IБ , I1 = h21IБ +2IБ = I0 +2IБ ≈ I0 . |
(3.76) |
110
Таким образом, коллекторный ток I0 транзистора VT2 |
в схеме на |
|||
рис. 3.33, а практически равен току I1, протекающему по резистору R1. В свою |
||||
очередь ток через R1 определяется выражением |
|
|
||
I = E0 − U0Б ≈ E0 |
= const . |
(3.77) |
||
1 |
R1 |
R1 |
|
|
|
|
|
Если сопротивление R1 является термонезависимым, то ток в цепи коллектора транзистора VT2 будет стабильным и не будет зависеть от температуры. Кроме того, выходное сопротивление транзистора VT2 со стороны коллектора имеет большую величину (100 - 300) кОм, следовательно, включение в цепь его коллектора нагрузки (на схеме двухполюсник с буквой Н) не будет оказывать влияния на ток I0. Таким образом, схема (рис. 3.33, а) является генератором термостабильного тока для нагрузок, изменяющихся от нуля до нескольких десятков кОм.
Е0 |
|
Е0 |
Е0 |
|
Е0 |
R1 |
I1 |
Н |
R1 |
I1 |
Н |
|
2IБ |
I0 |
|
|
I0 |
VT1 |
|
VT2 |
VT1 |
|
VT2 |
|
|
|
R2 |
UБ |
R3 |
а |
|
|
б |
|
|
Рис. 3.33
Резисторы R2 и R3, включенные в схеме на рис. 3.32, б, позволяют уменьшить влияние различия в параметрах транзисторов. Кроме того, меняя отношение R2/R3, можно менять величину тока I0. Действительно, для точки соединения баз можно записать
UБ = U0Б +(I1 −IБ)R2 = U0Б +(I0 +IБ)R3. |
(3.78) |
Отсюда, пренебрегая величиной тока базы, получим
111