лекции по электронике

ся недостаточно, поэтому приходится применять многокаскадный усилитель.

Очевидно, что при построении многокаскадных усилителей емкостная или трансформаторная связь не может быть использована, т.к. ни конденсато-

ры, ни трансформаторы не пропускают постоянный ток. Поэтому для соедине-

ния отдельных каскадов применяют гальваническую (непосредственную) связь.

При этом базу транзистора каждого последующего каскада непосредственно

соединяют с коллектором предыдущего.

Это требование приводит к возникновению определенных трудностей,

связанных с согласованиями режимов соседних каскадов по постоянному току.

Такие трудности не возникают в усилителе переменного тока, где разделитель-

ные конденсаторы изолируют каскады по постоянному току.

Согласование режимов соседних каскадов по постоянному току может

быть осуществлено двумя способами.

При первом способе дополнительный источник напряжения включают в

определяется как разность постоянного напряжения E1 на выходе предыдущего каскада и напряжения E дополнительного источника:

Изменяя напряжение Е, всегда можно получить оптимальное для транзи-

стора второго каскада напряжение смещения.

При втором способе дополнительный источник постоянного напряжения

включают в цепь эмиттера (или в цепь истока).

При полярности напряжения E , указанной на рис. 19б напряжение сме-

может иметь нужную величину.

-51-

С конструктивной точки зрения, первый способ менее удачен, особенно в случае применения многокаскадных УПТ, так как будут необходимы дополни-

тельный источники питания, и УПТ будет очень громоздким.

Второй способ значительно лучше, так как роль дополнительного источ-

ника постоянного напряжения может играть, например, резистор R в цепи эмиттера, через который проходит постоянный ток. Величину постоянного тока

I подбирают такой, чтобы выполнялось условие RI E . Вариант схемы двух-

каскадного УПТ приведен на рис. 20.

Рис. 20. Двухкаскадный усилитель постоянного тока

Делитель R1, R2 обеспечивает смещение на базу транзистора VT1. при

данной полярности источника питания Ek на коллекторе транзистора устанав-

ливается соответствующий начальному режиму относительно высокий отрица-

тельный потенциал, который прикладывается к базе транзистора VT2. уровень этого потенциала обычно значительно превышает требуемое напряжение сме-

щения на базу транзистор VT2. Поэтому, если его не скомпенсировать, то токи

Рис. 21. Мостовая балансная схема УПТ

Данная схема выполнена в виде моста, двумя плечами которого являются

внутренние сопротивления транзисторов VT1 и VT2 (вместе с соответствующей

выходное напряжение. Входной сигнал постоянного или медленно изменяюще-

гося тока прикладывается к базам обоих транзисторов. Если плечи моста сим-

коя транзисторов одинаковы. При этом напряжения на коллекторах Uк1 и Uк 2

относительно заземленной точки схемы также равны, поэтому разность потен-

циалов между коллекторами, а следовательно и на нагрузке на нагрузке Rн

равна нулю. Изменение напряжения питания, температуры или воздействие ка-

кого-либо другого дестабилизирующего фактора вызывают равные приращения начальных токов транзисторов, что обусловливает равные приращения напря-

жений на коллекторах Uк1 Uк2 . Однако баланс моста при этом сохраняется и напряжение на нагрузке (напряжение дрейфа) равно нулю. При наличии входного сигнала приращена коллекторных токов, а следовательно, и напряже-

нии на коллекторах будут равны по величине, но противоположны по направ-

-54-

лению, что приводит к разбалансу моста и появлению на нагрузке разности по-

тенциалов, за счет которой в резисторе Rн протекает ток усиленного сигнала.

Полной симметрии плеч и реальной схеме достичь невозможно, что обусловли-

вает наличие небольшого напряжения дрейфа. Для повышения стабильности балансного УПТ вводят переменный резистор R0 , с помощью которого под-

держивается большее постоянство потенциале эмиттеров при изменении токов транзисторов. Значение этого резистора невелико, обычно R0 (0,01 0,05)Rэ .

Вместо отдельных резисторов в цепях эмиттеров транзисторов на практике применяют один общий резистор Rэ . Он обуславливает отрицательную связь лишь по токам покоя обоих транзисторов, что выгодно с точки зрения стабили-

зации параметров УПТ и снижения дрейфа нуля.

При воздействии входного сигнала приращения эмиттерных токов, про-

направлению (т.е. Iэ1 Iэ2 ). Следовательно, отрицательная обратная связь по току, полезного сигнала, поддерживается лишь небольшим сопротивлением R0 .

Значительное снижение дрейфа нуля достигается в балансных УПТ, выполнен-

ных в виде интегральных микросхем. Поскольку транзисторы в интегральной семе изготовляют в течение одного технологического цикла и в одних и тех же условиях, их параметры почти идеально идентичны. Кроме того, поскольку транзисторы расположены очень близко круг к другу в одной кремниевой пла-

стинке, рабочая температура этих приборов одинакова.

7. ЭЛЕКТРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Генераторами называются автоколебательные системы, в которых энер-

гия источника постоянного тока преобразуется энергию незатухающих элек-

трических сигналов переменного тока, частоты и мощности.

-55-

В зависимости от формы колебаний различают автогенераторы синусои-

дальных и импульсных (релаксационных) колебаний.

Автогенераторы (генераторы с самовозбуждением) используются в ка-

честве возбудителей колебаний требуемых частот, т. е. задающих генераторов.

Получаемые от них колебания поступают затем в последующие каскады с це-

лью усиления или умножения частоты. Они находят широкое применение в ра-

диопередающих и радиоприемных устройствах, в ЭВМ, в измерительной тех-

нике, в автоматике и телемеханике и т. д. Любой усилитель может быть пре-

вращен в автогенератор, если его охватить положительной обратной связью и обеспечить выполнение условия k 1, где - коэффициент передачи цепи об-

ратной связи.

Высокочастотные автогенераторы, работающие в диапазоне частот от 100

кГц до 100 МГц, выполненные на основе схемы резонансного усилителя, часто называются генераторами LC - типа. Низкочастотные автогенераторы, рабо-

тающие в диапазоне от 0,01Гц до 100 кГц, построенные на основе схемы усили-

теля на резисторах, называются генераторами RC - типа.

Колебательный контур

В электронной аппаратуре часто появляется необходимость использова-

ния колебательных контуров.

Колебательным контуром называется замкнутая электрическая цепь,

состоящая из индуктивности L и емкости С. Контур является идеальным, если в нем отсутствуют потери энергии, но во всяком реальном контуре кроме индук-

тивности и емкости имеется активное сопротивление R , которое распределено в катушке индуктивности и частично в соединительных проводах и диэлектри-

ке конденсатора. Активное сопротивления вызывает потери энергии в контуре.

Свободными колебаниями в контуре называют колебания, возникающие в нем за счет энергии, первоначально накопленной в электрическом поле конден-

-56-

сатора либо в магнитном поле катушки. В идеальном контуре свободные коле-

бания являются незатухающими, т, е. могут продолжаться бесконечно долгое время.

Колебательный контур, близкий по своим свойствам к идеальному, мож-

но получить, замкнув в контуре, изображенном на рис. 22а, ключ К. Если пере-

ключатель S поставить в положение 1, конденсатор С зарядится от источника питания напряжения Е0. При переводе переклю-

чателя в положение 2 конденсатор С начнет раз-

ряжаться через катушку L. По мере разряда кон-

денсатора возрастает и энергия переходит в энер-

гию магнитного поля катушки. Когда конденсатор полное разряжается, напряжение на его обкладках исчезает. В это время ток в контуре максималь-

ный. Так теперь отсутствует сила, поддерживаю-

щая ток, то он начинает уменьшаться. При этом увеличивается ЭДС самоиндукции обратной по-

лярности и конденсат заряжается с новой поляр-

ностью. Роль источника в это время выполняет катушка. По мере заряда, конденсатора напряже-

ние на его обкладках возрастает, а ток в контуре Рис. 22

убывает. После окончания зарядки конденсатор начинает разряжаться через ка-

тушку, и процесс повторяется. На рис. 22б показаны графики изменения напряжения и тока в идеальном контуре.

Угловая частота свободных колебаний контура зависит от его парамет-

ров:

-57-

колебательного контура, в котором возбуждаются незатухающие колеба-

ния требуемой частоты;

источника электрической энергии, за счет которого в контуре поддержи-

ваются незатухающие колебания;

транзистора, посредством которого регулируется подача энергии, от ис-

точника в контур;

элемента обратной связи, обеспечивающего передачу переменного напряжения необходимой величины из выходной цепи во входную, для под-

держания незатухающих колебаний в колебательном контуре.

Простейшая схема автогенератора LC - типа на транзисторе приведена на рис. 23а.

Рис. 23. Автогенератор LC - типа (а) и пульсации тока коллектора (б)

Такая схема называется генератором с трансформаторной связью. Ко-

лебательный контур состоит из индуктивной катушки Lк и конденсатора Cк .

Источником энергии является источник постоянного напряжения Eк который отдает часть энергии в колебательный контур в моменты, когда в его внешней цепи, состоящей из колебательного контура и параллельно соединенного с ним транзистора, проходит ток. Регулятором служит транзистор, цепью обратной связи - катушка Lб , индуктивно связанная с колебательным контуром.

-59-

При включении источника питания в коллекторной цепи транзистора возникает ток коллектора, который заряжает конденсатор колебательного кон-

тура. После заряда конденсатор разряжается на катушку Lк . В результате в

рые индуцируют в катушке связи Lб переменное напряжение той же частоты, с

которой происходят колебания в контуре. Это напряжение вызывает пульсацию тока коллектора (см. рис.23б). Переменная составляющая этого тока восполняет потери энергии в контуре, создавая в нем усиленное транзистором переменное напряжение. Повышение напряжения на контуре приводит к новому нараста-

нию напряжения на катушке обратной связи Lб , которое вызовет нарастание амплитуды переменной составляющей коллекторного тока, и т.д. В установив-

шемся режиме рост тока в контуре ограничивается сопротивлением потерь, а

также затуханием, вносимым в контур за счет прохождения тока по обмотке обратной связи Lб .

Элементы схемы Rб , Сб , Rэ , Сэ предназначены для обеспечения необхо-

димого режима работы по постоянному току и его термостабилизации. Дрос-

сель LДР является препятствием для переменной составляющей коллекторного тока, а конденсатор Ср для его постоянной составляющей.

Незатухающие колебания в контуре автогенератора установятся лишь при выполнении двух основных условий. Первое из этих условий называют

условием баланса фаз, которое сводится к тому, что в схеме генератора должна быть установлена положительная обратная связь между выходной и входной цепями транзистора. В этом режиме обеспечивается восполнение потерь энер-

гии в контуре. Практически фазовое условие удовлетворяется, если напряжения коллекторе и базе будут сдвинуты на 180 0 , т.е. находится в противофазе. Это достигается соответствующим включением концов катушек Lб и Lк . При от-

-60-