Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Схемотехника телекоммуникационных устройств. Практикум для СПО

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 108 9 10 > Следующая >>>

Uk, В

кэ0



кэ

iк

н



н=

б7

б6

б5

б4

б3

к0

ТП



б1

б0

б1

iб = 0

= i

Рис. П5.3. Построение нагрузочных прямых

На рис. П5.4 показаны выходные статические характеристики биполярного транзистора ГТ108А, необходимые для построения нагрузочных прямых.

ik, мА

, мА

0 3 6 9 12 15

25 мкА

20 мкА

15 мкА

10 мкА

5 мкА

iб=0

, В

Рис. П5.4. Семейство выходных статических характеристик транзистора

ГТ108А

П6. Схемы питания и стабилизации режима транзистора

min.21

Транзисторам свойственна сильная зависимость параметров от ряда дестабилизирующих факторов, к которым относятся:

1. Изменение температуры коллекторного p-n-перехода БТ вследствие

изменений температуры окружающей среды Т

окр.ср

, а также из-за возможно-

го «саморазогрева» БТ вследствие протекания постоянных токов и рассеивания на коллекторе мощности Рк. При возрастании тока коллектора возрастает

температура p-n-перехода, приводит к изменению характеристик транзистора, что увеличивает ток коллектора и т. д.;

2. Старение БТ и других элементов схемы;

3. Замена БТ (и других элементов), при которой проявляется значительный технологический разброс параметров. В частности, транзисторы имеют разброс статического коэффициента усиления по току h

max.21

чений 105



раз;

достигающий зна-

21э

4. Изменения напряжения источников питания.

Одним из основных факторов, приводящих к нестабильности режима рабо-

ты транзистора, является зависимость от температуры ряда параметров транзистора и, в первую очередь, обратного (неуправляемого) тока коллектора I У германиевых маломощных транзисторов ток I

при комнатной температу-

кб0

ре может достигать 10–15 мкА. В зависимости от изменения температуры он растет по показательной кривой и увеличивается примерно в 2 раза при по-

вышении температуры на каждые 10C:



cnp пmax.п





maxкб

где I

кб0(Тп спр)

– значение наибольшего обратного тока, указанное в справочни-

ке для температуры перехода Т

Т Т

– наибольшая рабочая температура коллекторного перехода:

п мах

п мах = Токр.ср

+ R

пс Рк

, где Rпс [С/Вт] – тепловое сопротивление «пере-

п спр

;

)cnp Тп(кб

, (П6.1)

ход-среда», показывающее, на сколько нагреется p-n-переход при увеличении рассеиваемой мощности на 1 Вт, другими словами характеризует эффективность отвода тепла от p-n-перехода в окружающую среду.

У кремниевых маломощных транзисторов ток I

значительно меньше,

кб0

чем у германиевых. Он составляет при комнатной температуре 0,05–5 мкА. Но его зависимость от температуры значительно сильнее: он увеличивается примерно в 3 раза при повышении температуры на каждые 10C:



cnp пmax.п



maxкб



)cnp Тп(кб

. (П6.2)

ист

р1

р2

ист

Влияние разброса параметров учитывают при проектировании аппаратуры,



чтобы любой транзистор данного типа был способен работать в схеме без дополнительной регулировки режима. Обычно ограничиваются учетом разбро-

са коэффициента усиления по току h

. Разброс параметра h

21э

у современных

21э

транзисторов обычно составляет 5–10 раз. Расчет стабилизации режима работы обычно проводится для наихудших условий (I боте учет разброса h

Увеличение h

не учитывается. Поэтому в расчетах следует полагать:

21э

hhh

212121

21э

и I

 . (П6.3)

при повышении температуры вызывает увеличение

кб0

кб0 макс

min эmax эcp э

и h

21э макс

). В данной ра-

тока коллектора iк0. Точка покоя при этом перемещается вверх по нагрузочной прямой постоянного тока, в результате чего снижается напряжение в

точке покоя u

кэ0

В резисторном каскаде допускают перемещение точки покоя до

u

кэ0 мин

  u

т вых

+ (12)В, иначе наблюдается резкое снижение коэффици-

ента усиления, и возникают нелинейные искажения.

Рассмотрим количественное соотношение для исследуемых схем. В схеме

рис. П.5.1 ток базы iб0 протекает через эмиттерный переход и сопротивление Rб и определяется выражением

бэп





(П6.4)

то есть он не зависит от параметров и характеристик транзистора. Поэтому схему рис. П6.1 называют схемой с фиксированным током базы (ФТБ).

Еп

Rб

Рис. П6.1. Принципиальная схема каскада с ФТБ

Обратный ток коллекторного перехода I

переход и усиливается в h

раз. Максимальное значение постоянного кол-

21э

проходит через эмиттерный

кб0

лекторного тока в схеме с ФТБ определяется выражением:

















(1+

21э мах

)

кб0 25С

к0

ФТБ

hhIihi

cp эcp эмах кббcp эмах к

11 

210212100210

. (П6.5)

cp эмах кб

Приращение коллекторного тока в схеме с ФТБ с учетом (П5.4) равно:

hIiii

210000

. (П6.6)

cp эмах кб кмах кмах к

На рис. П6.2 показаны характеристики прямой передачи транзистора при комнатной и повышенной температуре. В схеме с ФТБ новое значение коллекторного тока в точке покоя (точка 2) будет значительно больше, чем в исходной точке 1. Схема с ФТБ обладает самой худшей стабильностью из всех известных схем, так что даже при относительно небольших повышениях температуры точка покоя может попадать в область насыщения транзистора. При этом работа усилителя нарушается, и возникают нелинейные искажения.

Принцип стабилизации состоит в том, что при увеличении тока iк0 в схеме должно автоматически уменьшаться напряжение смещения U

(и, следователь-

бэ0

но, уменьшаться ток iб0), а это приведет к меньшему изменению величины i (точка 3 на рис. П6.2).

iк

Тс = 60С

Тс = 25С



к0 стаб

ТП

к 60 С

(1+h

21э мах)Iкб0 60С

к 25 С

бэ0

(iб0)

бэ

(или iб)

mб

(t)

к0

Рис. П6.2. Характеристики прямой передачи транзистора при нормальной

и повышенной температуре

ист

Работа схем стабилизации основана на использовании различных видов



обратной связи по постоянному току. Лучшими показателями, по сравнению с ФТБ обладает схема коллекторной стабилизации (КС), приведенная на

рис. П6.3. В этой схеме Rк подключено непосредственно к коллектору транзистора, что приводит к созданию ООС по постоянному току. На сопротивлении

Rк возникает напряжение, пропорциональное току iк0. При появлении прира-

щения тока iк0 возникает падение напряжения uRк, что приводит к уменьшению напряжения смещения u

и тока базы iб0. В результате начальное при-

бэ0

ращение тока iк0 в значительной мере компенсируется.

Ср1

Rк

Ср2

Rн

Рис. П6.3. Принципиальная схема каскада с коллекторной стабилизацией

Приращение коллекторного тока в схеме с КС равно:

ФТБ к

где i

к0 ФТБ





КС к

определяется формулой (П6.5); F

пар=

(П6.7)

пар



– глубина ООС по посто-

янному току в схеме с КС.

Данная обратная связь будет параллельной по выходу (по напряжению) и параллельной по входу:



. (П6.8)

УЭ.вхб

пар





ср э

Величина Rб в данной схеме равна:

кэ



(П6.9)

На схеме лабораторной установки (рис. 3.1) в схеме с коллекторной стабилизацией применяется емкость С6 для устранения отрицательной обратной связи по переменному току. При этом сопротивление в цепи базы разбивается

р1

R R

С С R Е

на два: R





0Rэ

= Rб1 + R

, и емкость С6 ставится между ними (для предотвраще-

б2

ния шунтирования по переменному току входной и выходной цепей усилителя). Входное сопротивление усилительного элемента R

вх.УЭ

для маломощных

транзисторов составляет (1…3) кОм.

Коллекторная стабилизация более проста и экономична, но имеет худшую стабилизацию по сравнению с эмиттерной и удовлетворительно действует

лишь при большом падении питающего напряжения на сопротивлении R

(0,5 Еп и выше).

Наиболее распространенной является схема эмиттерной стабилизации, показанная на рис. П6.4. В этой схеме для создания ООС по постоянному току в

цепь эмиттера включено сопротивление Rэ, через которое проходит ток i

к0

Рис. П6.4. Принципиальная схема каскада с эмиттерной стабилизацией

Пусть, например, дестабилизирующие факторы (повышение температуры или замена транзистора и др.) вызвали приращение тока

(рис. П6.2). На

0к

сопротивлении Rэ возникнет приращение напряжения



Rэ =

i

к0Rэ

, которое

является напряжением ООС. Это приращение действует во входной цепи транзистора, уменьшая ток базы. С увеличением Rэ возрастает напряжение ООС и

ее глубина. Напряжение ООС подается на вход транзистора через сопротивления делителя цепи базы (рис. П6.5).

Rб



Рис. П6.5. Действие сигнала обратной связи на входную цепь транзистора

в схеме с ЭС при медленных изменениях выходного тока

Чем меньше сопротивления делителя Rб1 и Rб2, тем большая часть сигнала ОС







дУЭвх



передается на вход транзистора, т. е. больше глубина ОСС и лучше стабилизация. Однако выбирать очень малыми сопротивления Rб1 и Rб2 нельзя, т. к. они

сопротивления шунтируют вход усилительного элемента, что уменьшает управляющий транзистором сигнал (между базой и эмиттером) и, следовательно, усиление.

Изменение тока коллектора в схеме с ЭС можно рассчитать по формуле:

ФТБ к

где i

к0 ФТБ





ЭС к

определяется формулой (П6.5); F

посл=

(П6.10)

посл



– глубина ООС по посто-

янному току в схеме с ЭС.

В соответствии с классификацией, данная обратная связь будет последовательной по выходу (по току) и последовательной по входу:

где .





F 

посл





..21

ЭСРЭ



.21

СРЭ

(П6.11)

Чтобы ООС не уменьшала усиление схемы по переменному току, параллельно Rэ устанавливают конденсатор Сэ достаточно большой емкости. Эта емкость шунтируют по переменному току Rэ. При этом остается ООС только по постоян-

ному току, наличие которой и обеспечивает стабилизацию режима. Однако следует учитывать, что емкость Сэ вызывает появление дополнительных частотных

искажений на низких частотах.

П7. Построение временных диаграмм токов и напряжений

ист

р1

р2

ист

для каскада на транзисторе

Временные диаграммы токов и напряжений в цепях исследуемых каскадов позволяют углубить представление о процессах, происходящих в усилителе. Построение временных диаграмм токов и напряжений базируется на предварительном изучении свойств транзистора, вида входных и выходных характеристик, а также путей прохождения постоянных и переменных токов. При составлении диаграмм предполагается, что общий провод заземлен и имеет нулевой потенциал, а все конденсаторы, находящиеся в схеме, имеют по переменному току сопротивление, близкое к нулю. Построение временных диаграмм производится в следующей последовательности:

1. Изображается диаграмма одного полупериода напряжения на входе

каскада.

2. Строятся диаграммы соответствующего полупериода напряжения и тока

на входном электроде транзистора.

3. Строятся диаграммы соответствующей полупериода напряжения и тока

в заданной точке схемы.

При построении диаграмм токов и потенциалов сначала изображается постоянная составляющая тока (по абсолютной величине) и напряжения (с учетом знака) в данной точке, а затем учитывается сигнал, вызывающий отклонение от постоянной составляющей.

Рассмотрим конкретный пример. Пусть требуется построить временные диаграммы токов и напряжений в точках «2» и «3» в схеме (рис. П7.1).

Rб

Рис. П7.1. Схема резисторного каскада с эмиттерной стабилизацией

На вход воздействует синусоидальное напряжение (рис. П7.2, а). На схеме (см. рис. П7.1) изображен транзистор типа p-n-p, для которого питание пере-

ходов обеспечивается при отрицательном Е0. Токи iб0 и iк0 текут от плюса к минусу.

а)

Для транзистора p-n-p

вх

Для транзистора n-p-n

б)

бэ

бэ0

-U

бэ0

в)

б0

г)

к0

кэ0

кэ

д)

-U

кэ0

кэ

э0

е)

э0

iэ0R

ж)

-U

э0

iэ0R

Рис. П7.2. Временные диаграммы каскада на биполярном транзисторе,

изображенного на схеме П.6.1.

Потенциал в точке «1» равен: U

= U

+ (iк0 + iб0)Rэ. При указанной

бэ0

полярности источника питания он будет отрицательным. Переменное напряжение от источника сигнала через разделительный конденсатор поступает на вход транзистора. При положительной полуволне входного сигнала отрицательный потенциал в точке «1» (на базе транзистора) будет уменьшаться (риc. П7.2, б), тогда будет снижаться и напряжение на переходе база-эмиттер, а следовательно, с учетом свойств входной характеристики

транзистора i

= f(U

), ток базы будет также уменьшаться.

бэ0

При отрицательной полуволне входного сигнала, наоборот – увеличивается смещение на транзисторе, и ток базы будет возрастать. Поэтому временная диаграмма тока в точке «1» имеет вид (рис. П7.2, в).

В точках «2» и «3» ток коллектора iк будет также уменьшаться, поскольку он прямо пропорционален току базы. Вид временных диаграмм токов в точках

«2» и «3» аналогичен диаграмме тока i

и отличается лишь масштабом

(рис. П7.2, г, е).

Так как Rэ шунтируется емкостью, имеющей по переменному току сопротивление, близкое к нулю, то переменное напряжение на этом участке цепи не

выделяется и переменный потенциал в точке «2» отсутствует (см. рис. П7.2, в). Потенциал в точке «3» включает в себя напряжение на транзисторе, поэтому, воспользовавшись законом Кирхгофа, определим потенциал на коллекторе

(точка 3) из выражения U

= Еп – i

. Так как Еп = const, а ток коллектора

кRк

уменьшается (см. рис. П7.2, г), то потенциал в точке 3 будет увеличиваться. Таким образом, временная диаграмма потенциала в точке 3 имеет вид (рис. П7.2, д).

На рис. П7.2, а–д (справа) показаны временные диаграммы для транзистора типа n-p-n. Аналогично можно построить временные диаграммы для других схем включения и питания транзистора.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 108 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]