
- •Конспект лекций
- •Оглавление
- •1. Полупроводниковые диоды
- •1.1. Конструктивно-технологические виды диодов
- •1 2 4 3 N Ge 1 - металлическая игла2 - кристалл полупроводника3 - металлизация
- •1.2. Выпрямительные диоды
- •1.3. Импульсные и высокочастотные диоды
- •1.4. Стабилитроны
- •1.5. Туннельные диоды
- •1.6. Варикапы
- •1.7. Свч диоды
- •1.8. Диоды Ганна
- •1.9. Лавинно-пролетные диоды
- •1.11. Варисторы
- •1.12. Термисторы, термоэлектрические приборы
- •1.13. Тиристоры, фототиристоры, оптопары
- •2. Биполярные транзисторы Общие сведения
- •2.1. Устройство и принцип действия биполярных транзисторов
- •2.2. Схемы включения транзисторов
- •2.3 Коэффициенты передачи тока
- •2.4. Зависимость коэффициентов усиления транзисторов от режима и температуры
- •2.5. Статические характеристики транзистора в схеме с оэ
- •2.6. Модель Эбберса-Молла
- •2.7. Транзистор как линейный четырехполюсник
- •2.8. Конструкции биполярных транзисторов
- •2.9. Биполярные транзисторы с гетеропереходами
- •3. Усилители на транзисторах
- •3.1. Классификация Режимы работы
- •3.2. Выбор рабочей точки
- •3.3 Стабильность рабочей точки
- •3.4. Расчет каскада на транзисторе в схеме с оэ по постоянному току
- •3.5 Транзисторный усилитель переменного напряжения
- •3.6 Амплитудно-частотная характеристика усилителя
- •3.7. Порядок расчета транзисторных усилителей
- •3.8. Эмиттерный повторитель
- •3.9. Усилители постоянного тока
- •3.10. Дифференциальный усилитель
- •4. Полевые транзисторы
- •4.1. Полевые транзисторы. Общие сведения
- •4.2. Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •4.3. Статические характеристики
- •4.4. Основные параметры мдп-транзисторов
- •4.6. Полевые транзисторы с управляющим
- •4.7. Приборы с зарядовой связью
- •4.8. Полевые свч транзисторы на основе арсенида галлия
- •4.9. Полевые свч-транзисторы на гетероструктурах
- •5. Электронные приборы свч Общие сведения
- •5.1. Клистроны
- •5.2. Лампы бегущей и обратной волны
- •5.3. Магнетроны
- •6. Интегральные операционные усилители
- •6.1. Основные параметры оу
- •6.2. Обратные связи
- •6.3. Идеальный оу. Виртуальный ноль
- •6.4. Инвертированный усилитель
- •6.5. Неинвертирующий усилитель
- •6.6 Аналоговые интеграторы и дифференциатор
- •6.7. Инвертирующий сумматор и вычитатель
- •6.8. Логарифмический усилитель, компараторы
- •6.9. Избирательные усилители
- •Литература
3.7. Порядок расчета транзисторных усилителей
Последовательность расчета существенным образом зависит от исходных данных: частотного диапазона, характеристик предыдущего и последующего каскада и т.д.
Один из возможных вариантов порядка расчета усилителя у которого RЭшунтировано СЭ.
1.Выбираем транзистор по граничной частоте усиления, величине максимально допустимого напряжения на коллекторе.
2.Исходя из требуемого коэффициента усиления определяем RК, задаваясь RВХ.
3.Определяем параметры тока покоя.
4.Проверяем условие РК<РК.доп
5.Задаваясь UЭопределяем RЭ; или из RВХрасчитываем резисторы делителя R1, R2и проверяем условия стабильности.
6.Расчитываем развязывающие конденсаторы.
7.Расчитываем RЭи СЭ.
8.Оцениваем коэффициент частотных искажений на верхней частоте.
3.8. Эмиттерный повторитель
Эмиттерные повторители применяются в том случае, когда требуется высокое входное сопротивление и пониженное выходное сопротивление.
В эмиттерном повторителе используется включение транзистора в схеме с ОК (рис. 3.11). Эмиттерный повторитель не дает усиления по напряжению и не поворачивает фазу входного напряжения.
Входное сопротивление эмиттерного повторителя равно:
RBX=(+1)+rБ(+1)
,
(3.8.1)
где
=RЭRH.
Увеличение входного сопротивления за счет выбора большого RЭограничено необходимостью увеличения в этом случае UПдля поддержания заданного тока эмиттера.
Для повышения входного сопротивления применяют источник тока в эмиттерной цепи или составной транзистор. Однако и в том и в другом случае максимальное значение входного сопротивления ограничивается сопротивлением коллектора транзистора.
RВХmaxrK23 МОм.
На рис. 3.12 показан повторитель выполненный по схеме Дарлингтона. Составной транзистор собранный на транзисторах VT1и VT2имеет коэффициент усиления:
=12 , (3.8.2)
что позволяет получить высокое входное сопротивление при небольшом значении Rэ.
Выходное сопротивление эмиттерного повторителя равно:
RВЫХ=RЭ[rЭ+(1+)(RГ+rБ)]rЭ+.
(3.8.3)
Коэффициент усиления напряжения эмиттерного повторителя меньше единицы и определяется соотношением:
KU=.
(3.8.4)
С уменьшением сопротивления нагрузки КUуменьшается так как при этом становится меньше RЭ=RЭRН.
Коэффициент усиления по току:
Кi=,
(3.8.5)
при RH<<RЭиRГ>>RBXKimax(1+).
3.9. Усилители постоянного тока
В усилителях постоянного тока (УПТ) применяется непосредственная связь между каскадами, поскольку связь через разделительные конденсаторы
и трансформаторы не обеспечивает передачи постоянной составляющей сигнала.
Непосредственная связь между каскадами широко применяется в интегральных схемах, в которых сложно изготовить конденсаторы требуемой емкости.
Основными проблемами при разработке УПТ являются согласование потенциалов в разных частях схемы и уменьшение дрейфа выходного напряжения или тока.
В усилительных каскадах с ОЭ напряжения базы и коллектора отличны от нуля, поэтому требуется согласовать потенциалы источника сигнала и нагрузки с потенциалами входа и выхода усилителя. Для этого применяют источники э.д.с., в качестве которых используют делители или стабилитроны, включенные последовательно с источниками сигнала и нагрузкой.(рис. 3.13).
Если один вывод источника сигнала (или нагрузки) должен быть заземлен, то применяется двуполярное питание.(рис. 3.14).
Абсолютный дрейф усилительного каскада выражают через изменение коллекторного тока:
IK=f(IK0,UБЭ,)=,
(3.9.1)
IT=f(IK0,UБЭ,). (3.9.2)
где IT- температурный дрейфовый ток соответствующий S=1.
Часто используют на практике не абсолютный дрейф, aотносительный, т.е. дрейф пересчитанный ко входу, так как эту величину удобно сравнивать с входным сигналом и оценивать чувствительность усилителя.
Коэффициент усиления равен для УПТ:
KU=.
(3.9.3)
Изменение коллекторного напряжения:
UK=IKRK=SIТRK. (3.9.4)
Приведенный ко входу температурный дрейф равен:
UBX=.
(3.9.5)
Приведенный дрейф не зависит от коэффициента нестабильности и уменьшается с уменьшением RЭи RБ. Можно показать, что при (RЭ+RБ)0UВХUБЭ=Т, где1.6 мВ/град -относительное температурное изменение UЭБ,Т - диапазон рабочих температур. Следовательно чувствительность УПТ ограничивается температурной зависимостью UБЭ, так как низкоомные сопротивления обеспечивают малую рольIК0.
Для уменьшения температурного дрейфа УПТ применяют термокомпенсацию- включение специальных температурно зависимых элементов терморезисторов или диодов в ту ветвь схемы, сопротивление которой желательно уменьшить с ростом температуры. Терморезисторы и диоды имеют отрицательный температурный коэффициент. У диодов температурные изменения тока и напряжения такие же, как и транзисторов, поэтому они обеспечивают компенсацию дрейфа в широком диапазоне температур.
На рис. 3.15-3.16 показаны схемы каскадов с термокомпенсацией. С ростом температуры изменение сопротивления термокомпенсирующих элементов уменьшает потенциал базы и уменьшает дрейф коллекторного тока.
УПТ с модуляцией сигнала. Блок схема такого усилителя показана на рис. 3.17. Входной сигнал постоянного тока преобразуется с помощью модулятора М в пропорциональный ему сигнал переменного тока. Переменный немодулированный сигнал вырабатывается генератором Г. Модулированный переменный сигнал усиливается усилителем У, а затем снова преобразуется с помощью демодулятора Д в сигнал постоянного тока. Так как в усилителях переменного тока с емкостной или трансформаторной связью дрейф рабочей точки не передается от каскада к каскаду, то дрейф такого усилителя будет определяться дрейфом модулятора. Усилители с модуляцией входного сигнала М и последующей демодуляцией выходного сигнала называются усилителями типа М-ДМ.
Усилители типа М-ДМ имеют меньший дрейф. Недостатками их являются: верхняя частота усиливаемого сигнала ограничивается частотой генератора (не более 0,10,2 частоты генератора), большая сложность по сравнению с усилителями прямого усиления.