Лекции / СТКУ_какие_то_лекции

жения Uвых от входного синусоидального напряжения Uвх

(рис.1-4):

рис.1-4

Отношение Uвых к Uвх — это коэффициент усиления К. Поэтому, казалось бы, АХ должна быть прямой линией, исходящей из начала координат. Однако, она совпадает с прямой только на участке АВ. Начальный участок АХ отклоняется от прямой линии из-за наличия собственных помех UП.

Верхний загиб АХ обусловлен наступлением перегрузок каскадов усилителя, когда наступает ограничение выходного колебания. Подробности будут рассмотрены ниже.

Динамический диапазон D — отношение наибольшего выходного (входного) напряжения к наименьшему в пределах линейной части АХ:

Динамический диапазон определяют обычно в дБ:

DдБ 20lgD, и обычно D = 40÷60 дБ.

Реальные речевые сигналы непрерывно изменяются: для радиовещания диапазон изменения сигналов составляет DС 40дБ . Для симфонического оркестра - DС 70дБ .

Для усилителя необходимо выполнение условия D DС .

1.11. Специфические показатели АЭУ

Рассмотренные выше показатели характерны для большинства АЭУ. Однако есть специфические показатели, например, для интегральных операционных усилителей и других аналоговых схем:

― входные токи; ЭДС; смещение нуля; максимальная скорость нарастания Uвых ; коэффициент ослабления синфазных Uвх и др.

Для устройств перемножения и деления:

―масштабный коэффициент;

―величина прямого прохождения (или просачивания на выход напряжения) входного напряжения по одному из входов при равенстве нулю другого.

Для компараторов:

―время переключения. Для активных фильтров:

―частота среза и неравномерность АЧХ в полосе пропускания и др.

1.12. Стабильность показателей

Технические показатели и характеристики любых АЭУ, к сожалению, не являются постоянными из-за нестабильности параметров составляющих элементов: при изменении температуры, напряжения питания; изменение показателей от экземпляра к экземпляру (производственный разброс), изменения вследствие старения. Наиболее нестабильны параметры транзисторов.

Для важнейших параметров показатели нестабильности нормируются техническими условиями.

При отыскании нестабильности какого-либо показателя γ устройства принято использовать понятие параметрической чувствительности:

— безразмерная величина; Это, по сути, отношение относительных нестабильностей

показателя γ по параметру х (как источника нестабильности).

Например: для простейшего однотранзисторного усилителя

Тогда чувствительность коэффициента усиления (К) к изменениям тока коллектора (Ik0 ) в рабочей точке:

Выводы по теме

1. Оценка (количественная) АЭУ производится по его техническим показателям: усиление, искажения, точность преобразования, по уровням Uвх и Uвых, и т. д.

2. Большинство параметров АЭУ совпадает с параметрами усилителей, т. к. основная масса АЭУ построена на их основе.

3.Стандартизация и унификация позволяют упростить разработку, удешевить производство, упростить ремонт техники.

4.Технические показатели и характеристики любых АЭУ, к сожалению, не являются постоянными из-за нестабильности параметров составляющих элементов: при изменении температуры, напряжения питания; изменение показателей от экземпляра к экземпляру (производственный разброс), изменения вследствие старения. Наиболее нестабильны параметры транзисторов.

Задания и вопросы для самоконтроля по теме

1.Дайте определение входному и выходному сопротивлениям усилителя;

2.Как определяются коэффициенты передачи по напряжению, по току усилителя?

3.Как определяется коэффициент передачи по мощности усилителя?

4.Приведите определение амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик усилителя;

5.Что такое переходная характеристика усилителя?

6.В чем суть нелинейных искажений и причина их появления?

7.Дайте определение коэффициента полезного действия;

8.Приведите классификацию и объясните природу собственных помех усилителя;

9.Что такое амплитудная характеристика?

10.Что такое динамический диапазон усилителя?

11.Приведите примеры специфических показателей усилителя;

12.Что такое параметрическая чувствительность усилите-

ля?

Лекция 2

Тема: требования к цепям питания усилительных элементов. Стабилизация режима транзистора

Состояние, при котором Uвх~ = 0 для УЭ, называется состоянием покоя. Постоянный ток и напряжение при этом является током и напряжением покоя. Положение рабочей точки на ВАХ в этом состоянии характеризует режим работы УЭ по постоянному току. Для обеспечения режима подают, например, для биполярного транзистора: напряжение смещения — напряжение “база-эмиттер”; выходное напряжение – напряжение “эмиттер-коллектор”. Для получения выходного напряжения используют две схемы

(рис.2-1):

а) схема последовательного питания:

б) схема параллельного питания:

рис. 2-1

В первом случае через Zн проходит и постоянная и переменная составляющие тока транзистора; во втором случае из-за Cр через Zн идет только переменная составляющая.

Подача смещения осуществляется цепями смещения. Возможно использование или двух самостоятельных ИП (по смещению и по питанию коллектора), или питание осуществляется от одного ИП (чаще всего).

Кцепям смещения предъявляются особые требования:

1)задать выбранное значение и полярность напряжения для положения рабочий точки;

2)обеспечить положение точки покоя в заданном положении при воздействии дестабилизирующих факторов. Если выполняется только первое требование, то это - нестабилизированные цепи питания. Если оба требования выполняются одновременно, то это – стабилизированные цепи питания.

2.1.Нестабилизированные цепи питания

2.1.1.Смещение фиксированным током базы

Схема установки смещения фиксированным током пред-

ставлена на рис. 2-2:

p—n—p n—p—n рис.2-2

Сопротивление Rδ выбирается >> Rδk (сопротивления перехода база-коллектор) по постоянному току; Uδэо << EИП. Поэтому

I o E U эо R ER .

То есть ток базы практически не зависит от параметров транзистора, является фиксированным (определяется только величинами E и Rδ).

Ток Iδо создает на входном сопротивлении напряжение смещения Uδэ (для кремниевых транзисторов ≈ 0,6÷0,7 В, для германиевых — меньше).

Не следует думать, что если Iδо или Uδэо фиксированы, то точка покоя постоянна на ВАХ. На самом деле статические характеристики нестабильны. Причины нестабильности:

—технологический разброс параметров от транзистора к транзистору;

—сильная их зависимость от температуры.

Ток коллектора

Ik ≈ h21э (Iδо+ Ikо),

где h21 — статический коэффициент усиления по току в схеме ОЭ; Ik0 – начальный ток коллектора при отключенном эмиттере. Это тепловой ток неосновных носителей заряда через p-n переход (часто его называют обратным током коллектора).

Коэффициент h21э может от транзистора к транзистору изменяться в 2÷3 раза. Ток Ik меняется от температуры: при изменении Δt = 10оС изменение ΔIk = 2 раза для германиевых и 3 раза для кремниевых транзисторов. То есть изменение ΔIk очень сильно изменяется в результате этих дестабилизирующих факторов. Даная схема на практике применяется редко. Для расчетов используют параметры: - среднее значение коэффициент h21э :

h21Э h21Эmin h21Эmax

- значение начального тока коллектора при отключенном эмиттере

Iко h21э Iбо (1 h21э ) Iкбо ,

где Iкбо — начальный обратный ток коллектора перехода,

зависящий от окружающей температуры и температуры перехода транзистора tп:

Iкбо (t) Iкбо 10a(tП 25о ) .

Для кремниевых транзисторов а = 0,02÷0,025; для герма-

ниевых а = 0,03÷0,035.

2.1.2. Смещение фиксированным напряжением база—эмиттер

Схемы смещения с фиксированным напряжением база— эмиттер приведены на рис. 2-3:

рис.2-3

Необходимое напряжение смещения Uбэо обеспечивается делителем R1 /R2 в цепи базы.

E IД R2 Iбо R1 IД R1

где Iд – ток делителя:

IД E Iбо R1 R1 R2

Так как

то есть смещение фиксировано, и зависит только от E. Достоинство схем — простота и экономичность. Однако применение ограничено из-за нестабильности режимов транзистора во времени.

Причины нестабильности:

- изменение температуры и разброс параметров приводит к изменениям Iкбо и Iко . При этом напряже-

ние на делителе будет изменяться. Для уменьшения этого влияния нужно, чтобы выполнялось условие IД Iбо . Но

для роста Iд нужно уменьшать R1 и R2 , что ведет к росту

Pрасс на них и уменьшению Rвх каскада. Для данной схемы влияние температуры можно учесть через параметр Uо ,

который учитывает сдвиг характеристики прямой передачи ik f (Uбэ), который происходит примерно со скоростью

2,2·10—3В на 1 градус (рис.2-4). При этом:

Uo 2.2 10 3 tc (0.03 0.06)В

где добавки (0.03 0.06) — это технологический разброс.

рис.2-4

Тогда с учетом конечного значения Rб:

2.2. Стабилизация режима транзистора

2.2.1. Эмиттерная стабилизация

Схема эмиттерной стабилизации приведена на рис.2-5: Стабилизация осуществляется за счет отрицательной обратной связи, создаваемой по току за счет падения напряжения на резисторе Rэ.

Напряжение смещения: