книги / Элементы расчета полупроводниковых усилителей
..pdfработы транзистора и облегчит решение задачи температурной ста билизации режима;
Рассмотрим влияние характера нагрузки на форму рабочих (ди намических) характеристик [7, 8, 14]. На рис.10 показаны три
« |
6) |
* |
Л |
||
|
Рис.10 |
|
варианта схем: |
RK (рис.10,а); |
Яф> |
(рис.10,6); RMmг4 |
(рис. 10,в), где R‘H |
- значение |
нагрузки, приведенное к первичной обмотке. |
|
|
В первом варианте |
линия нагрузки одна и та же |
в режиме покоя |
и в режиме возбуждения каскада внешним сигналом (рис.II,а).Бели
ШСф < < ^0 , то в точке В напряжение будет практически посто янным, т.е. UgjsO (рис.II,б).
г~ ^К.ЗкЁ
Определим в общем виде уравнение линии нагрузки по перемен ному току.
Г |
^кт + |
> |
1 |
ик~ EK~RH= |
~*н}к~= UK= - RK |
Из первого уравнения |
После подстановки этого |
выражения во второе уравнение получаем уравнение линии нагруз
ки для переменных составляющих
У*в Цс-Г ~ fcj= tfc=+ ^К^Кв~~
Рис.П
22
Для построения этой линии проще всего использовать точки о координатами (рис.II,б):
СК= 0 > ик/ск=оя=Ц'ш+^к1к=> UK=0' ‘■фк=0= Ъ *
Аналогичным образом получаем уравнение линии нагрузки пере менного тока для трансформаторного каскада (рис.10,в)
ЦстЕк~ ^ к * ~ Ск+ |
Цея“ |
+ |
|
|
Из рио.И.в |
видно, что напряжение UKs мало |
отличается от |
||
£к , а максимальное мгновенное значение UKmax |
может быть зна |
|||
чительно больше |
Ек . При расчете таких каскадов режим обычно |
|||
устанавливают таким образом, |
чтобы |
UKmax^ i |
. |
|
Классы усиления
В зависимости от величины возбуждающего напряжения и величины
напряжения смещения на управ- |
|
|
|
|
|||
лявдем |
электроде выделяют |
i |
|
|
|
||
оледующие классы усиления |
/ |
|
|
|
|||
[7.I3.I4J: А , В , |
А З . С |
|
|
|
|||
|
|
|
|
||||
U |
Каждый класс |
характери |
1 |
//г. |
А __ — |
IfЯ |
|
зуется определенным углом |
L |
7 |
|
|
|||
отсечки |
в , который состав- |
i . |
— — |
^ к |
|||
ляет половину интервала про |
|
2 |
|||||
|
а» |
|
|||||
текания тока через усилитель |
|
|
|
||||
|
| |
< Г |
|
||||
ный |
элемент (за один период). |
|
|
||||
|
V'1 |
|
|
||||
|
Класс А. Угол отсечки |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
|
= 180°. Сравним основные |
|
|
Рис.12 |
|
||
расчетные соотношения реостатного и трансформаторного каскадов при работе их в этом классе.
Для реостатного каскада |
Для трансформаторного каскада |
(рис.12) |
(рис.13) |
|
^А; Ьа |
* |
|
4 |
= е . / „ |
Р |
—— Н |
Т |
гу |
Р&ых~Т^*1К ^тк » |
|
гёых |
2 |
т* ) |
|||
|
|
|
у — /?*/х J |
|
|
предельные значения КПД определяем с учетом |
|||||
|
^тк |
2 |
* |
У/ПК |
Рц |
|
^тк ~ |
|
|
^тк |
|
|
|
|
|
п |
. 50%; |
|
|
|
|
'max |
’ |
реальные значения лежат |
в диапазоне |
||||
|
JjBg 5 —15% |
7} = |
3 0 -457с. |
||
Так как КПД однотактных |
Более высокое значение КПД |
||||
реостатных каскадов очень мал, |
позволяет использовать этот |
||||
этот режим применяется только |
режим в каскадах усиления |
||||
в маломощных каскадах усиления |
мощности при Pgm ^ 1-3Вт. |
||||
напряжения и тока при Р&ш |
При больших мощностях целе |
||||
в единицы-десятки мВт. |
|
сообразнее попользовать клао- |
|||
|
|
|
|
|
сы В и АВ. |
Класс В.(р и с .14). Угол отоёчки Q = 90°. Для определения |
|||||
КПД необходимые значения |
1Ш и 1Кт находят путем разложения |
||||
импульса коллекторного тока в ряд Фурье. Для упрощения считают, что импульсы имеют синусоидальную форму.
Постоянная составляющая 1К определяется из выражения
4 . - 7 / 4 |
J U |
a i м |
4 » - |
max |
и - W h 'max |
Используя эти результаты, находим
п = £ = 7 3 , 5 %
•max 4
Рис.14
25
При работе однотактного усилителя в классе В возникают недо
пустимо большие нелинейные искажения. Если определить 1Шг ,то
коэффициент нелинейных искажений Кгг только по второй гармонике составит 42,4#. Поэтому класс В применим только в двухтактных схемах, в которых каждый полупериод входного сигнала усиливает
один усилительный элемент, а затем в нагрузке происходит "сши вание" полуволн.*
Класс АВ. Занимает промежуточное положение между классами
А и В. 30а<-9А&< Ш в. Обычно вАВ = WO— НОв.
Класс С ,(рис.15). ве <. 90е Как показывает разложение в
ряд Фурье, в импульсах тока коллектора при таких значениях угла отсечки есть как четные, так и нечетные гармоники, поэтому этот
класс при апериоди ческой нагрузке для неискажающего уси ления использовать, ся не может. Приме няется в основном в усилителях мощ ности о резонанс ной нагрузкой и обладает высоким значением КПД
(» 05%).
Класс Д . В этом классе усилительный элемент Млеет находит!>- оя в полностью открытом или в полностью закрытом оостоянии. ддя неискажающего усиления гармонических сигналов может применяться
только в специальных усилителях с широтно-импульсной модуляцией.
26
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Кляспш^икяття пбрятицх связей
Обратная связь (ОС) - передача всего или чаоти выходного оигнала некоторого устройства на его вход (рис.16).
Q) |
6 ) |
|
В) |
|
Рис.16 |
|
Схема сравнения (Сор) выполняет операция суммирования |
Up - |
или вычитания Ufl — Ugx ~ |
В первом случае ОС называется положительной (НОС), во вто ром - отрицательной (00С) [2,6,7,8,9,12].
ОС делится на ряд разновидностей. В зависимости от структуры и от характера влияния на параметры усилителя могут быть выде лены следующие группы обратной связи:
-ОС, создаваемые целенаправленно для придания устройству определенных свойств;
-паразитные (нежелательные) ОС. Основные виды - связь вы хода И входа в усилительных элементах через "проходную" емкость,
связь выхода и входа устройства через паразитные емкооти и че
рез общий источник питания;
-ОС чаототнонезависимая (ЧНОС) (действительная ОС);
-чаототно'зависимая ОС (ЧЗОС) (комплексная ОС);
-ОС по постоянному току;
- ОС по переменному току (на частотах гоигнала);
-однопетлевая (рис.16,б);
-многопетлевая (рисЛб.в);
-местная (рис.16,в); (уЗу );
-общая (рио.16,в), (fi2 ).
Взависимости от способа снятия сигнала с выхода усилителя
испособа подачи сигнала на вход выделяет четыре основные раз новидности обратной связи:
ОСНТ - ОС по напряжению о результирующим сигналом по току (оо сложением токов, или параллельная ОСИ);
ОСИН - ОС по напряжению с результирующим сигналом по напря жению (со сложением напряжений, или последовательная ОСИ);
ОСТТ - ОС по току о результирующим сигналом по току (ОСТ
оосложением токов, или параллельная ОСТ); ОСТЫ - ОС по току с результирующим сигналом по напряжению
(ОСТ со сложением напряжений,•или последовательная ОСТ).
Кроме указанных, возможны также четыре варианта комбиниро
ванной ОС.
Необходимо отметить, |
что чисто ООС или ПОС возможны лишь в |
|||
определенной, |
иногда узкой |
полосе |
частот, в пределах которой |
|
|
9 |
|
|
|
и усилитель, и fi -цепь |
не |
вносят дополнительных фазовых сдви |
||
гов. Обычно fi |
-цепь - пассивный |
четырехполюсник, и если он |
||
образован только из резисторов, то его коэффициент передачи
в диапазоне частот усилителя мохет считаться величиной действи-
в
тельной (fisji). В этом случае знак ОС зависит от числа и видов каскадов в усилителе (рис.17).
На рис.17,а и 17,6 изображена простейшие однокаскадные уоилители с 00С. В первом случае сигналом обратной связи является напряжение, создаваемое выходным током транзистора на резисто ре R3 . Это напряжение синфазво с ЭДС Ег , в результате чего управляющее напряжение, приложенное к участку база-эмиттер, оказывается меньше, чем в случае отсутствия ОС (включен конден сатор С3 , обладающий пренебрежимо малым сопротивлением для пе ременных составляющих выходного тока).
Таким образом, в каскаде реализуется обратная связь вида ООСТН.
Во втором случае каскад охвачен ООСНТ, так как входные и вы ходные зажимы четырехполюсника обратной связи (резистор Rg )
соединены с входными и выходными зажимами усилителя.
На рис.17,в изображен двухкаскадный усилитель. Иэ схемы вид но, что в усилителе имеется три местных 00С (резисторы R1 ,R3,
R6 ) и одна общая ОС, осуществляемая через резистор R4 . Когда переключатель П находится в положении I , обратная
связь оказывается положительной (ПОСНТ), так как два инвертиру ющих каскада на транзисторах ТУ и Г2 создают фазовый сдвиг
% =
Во втором положении переключателя связь становится типа ООСНН, так как переменное напряжение на эмиттере транзиотора
77 , создаваемое делителем из резисторов ,R3 , синфаэно
с напряжением на R3 , возникающим за счет протекания через не го тока первого каскада.
г)
Рис.17