Шпоры / once and for all

этом случае потенциал базы не будет зависеть от тока базы. Если с изменением t ток коллектора возрастет, то возрастет ток эмиттера => потенциал эмиттера возрастет =>

уменьшится. ||

32

Билет №6

Вопрос №2 Каскады усиления мощности. Работа каскада в режиме АВ.

Трем возможным схемам включения транзисторов соответствуют три основных типа усилительных каскадов:

с общим эмиттером (или с общим истоком); с общим коллектором (или с общим стоком); с общей базой (или с общим затвором);

Различные многокаскадные усилители и каскадные схемы являются комбинациями перечисленных усилительных каскадов.

Промежуток времени принято характеризовать углом отсечки θ. Угол отсечки выражается в угловых единицах (градусах или радианах). Численно он равен половине временного интервала, в течение которого через активный прибор протекает электрический ток.

В режиме АВ угол отсечки θ несколько больше π/2, и при отсутствии входного сигнала через активный элемент протекает ток, равный 5-15% максимального тока при заданном входном сигнале. Такой выбор статического режима позволяет уменьшить нелинейные искажения при использовании двухтактных выходных каскадов.

КПД:

33

Билет №7

Вопрос №1

RC-каскад с общим эмиттером. Описание в области нижних частот.

В простейшем каскаде с ОЭ входной сигнал подаѐтся на базу, а цепь эмиттера подключена к общему проводу.

Каскады с ОЭ обеспечивают усиление как по току, так и по напряжению. Ток коллектора очень слабо зависит от напряжения на нѐм, поэтому транзистор со стороны со стороны коллектора в большинстве случаев можно рассматривать как генератор тока Iк с очень большим выходным

сопротивлением. Крутизна транзистора

rэ выступает в качестве последовательного сопротивления во всех схемах, увеличивает входное и выходное сопротивление транзистора.

Коэффициент усиления по напряжению без учѐта сопротивления нагрузки Rн и сопротивления коллектора rк. Знак "минус" говорит об инверсии сигнала. Это справедливо при Rк много меньше Rн и rк. В противном случае необходимо учитывать их шунтирующее влияние.

Соответственно при отсутствии Rэ

Как видно из приведѐнной формулы, каскаду с ОЭ (без принятия дополнительных мер) свойственны большие нелинейные искажения, т.к. в знаменателе есть нелинейная величина rэ, имеющая сложную зависимость от тока коллектора.

Уменьшить нелинейные эффекты можно по следующим направлениям:

-уменьшение влияния rэ путѐм установки последовательно с ним резистора Rэ (местная ООС по току);

-компенсация влияния rэ путѐм установки последовательно с Rк одного или нескольких диодов динамическое сопротивление которых равно:

где n - количество диодов;

-выбор оптимального тока коллектора, при котором минимальны изменения h21э;

-правильный выбор рабочей точки;

-применение местной ООС по напряжению, которая одновременно уменьшает влияние ѐмкости Ск, так как шунтирует еѐ:

-выбор оптимального сопротивления источника (например, подбором сопротивления Rп последовательно со входом;

34

-уменьшение влияния rэ путѐм замены Rк генератора тока (за счѐт стабилизации тока коллектора);

-уменьшение нелинейных эффектов за счѐт применения динамической нагрузки;

-взаимокомпенсация нелинейных эффектов за счѐт встречной динамической нагрузки. Усилительные свойства транзисторов сохраняются до напряжения насыщения, которое может быть в пределах от 0.2...0.3В до нескольких вольт в зависимости от тока коллектора.

Входное сопротивление каскада:

Rвх=Rп+rб+h21э(rэ+Rэ) и имеет ѐмкостный характер. При отсутствии Rп и Rэ и если пренебречь rб,

то

Rвх величина не постоянная, меняется при изменении входного сигнала, т.к. меняется Iк. Диапазон изменения входного сигнала при Rэ=0, при котором сохраняется линейный режим, не превышает 2-φт=50 мВ.

При сопротивлении источника сигнала Rr>Rвх можно считать, что источник входного сигнала электрически замкнут накоротко. При этом входной ток Iвх=Евх/Rr и практически не зависит от изменяющегося Rвх, где Евх - ЭДС источника сигнала.

Следовательно, усиление будет происходить с малыми нелинейными искажениями, поскольку зависимость выходного тока транзистора от входного практически линейна, хотя входное напряжение Uвх=IвхRвх - нелинейно.

Однако не следует думать, что чем Rr больше Rвх, тем лучше. Для транзисторного каскада характерна вполне определѐнная оптимальная величина как внутреннего сопротивления источника сигнала, так и тока коллектора. Необходимо также учитывать, что

Rк шунтируется входным делителем каскада.

Ёмкость коллекторного перехода Ск является барьерной ѐмкостью и зависит от напряжения на коллекторе, т.е. носит динамический характер.

Подобно тому как Сэ уменьшается в (Кu+1) раз в эмиттерном повторителе благодаря положительной ОС в каскаде с ОЭ Ск увеличивается во столько же раз благодаря отрицательной ОС, что равносильно подключению параллельно входу динамической ѐмкости Ск (Кu+1). В большинстве случаев она оказывает отрицательное влияние, однако иногда используют и еѐ. В этом и заключается так называемый эффект Миллера. Частоту среза каскада снижает не только входная динамическая ѐмкость,но и ѐмкость нагрузки, в том числе и монтажа. Расширить полосу пропускания можно следующим образом:

- Уменьшить Rн при одновременном увеличении Iк, т.к. усиление прямопропорционально

Iк/Св;

-применить транзисторы с малыми ѐмкостями переходов;

-отделить нагрузку эмиттерным повторителем.

Как отмечалось выше, простейший каскад не обладает термостабильностью, поэтому практически не используется. Один из способов так называемой коллекторной термостабилизации с применением отрицательной обратной связи по напряжению показан на рисунке 91. Если взять исходное напряжение Uк равным 0.5Еп, то Rк=0.5Еп/Iк, сопротивление в цепи базы Rб=0.75Еп/Iб=0.5Еп h21э/Iк.

Частотные искажения в области низких частот

35

В области низких частот полосы пропускания (f<fн) емкостные сопротивления разделительных конденсаторов Cp1 и Cp2 возрастают настолько, что становятся несоизмеримыми с входными и выходными напряжениями каскадов, образуя делитель напряжения.

С уменьшением частоты возрастает емкостное сопротивление конденсатора в цепи эмиттера, что приводит к появлению ООС по переменному току.

В результате совместного действия этих факторов коэффициент усилителя уменьшается, образуя «завал» АЧХ в области низких частот.

RC-каскад с общим эмиттером. Описание в области низких частот.

Через разделительный конденсатор ко входу каскада подключается источник усиливаемого переменного напряжения Uвх. В практических схемах используются различные способы задания смещения, в том числе от общего источника питания Ек, различные способы термостабилизации режима работы и связи с источником сигнала, в том числе гальванической. В схеме усиления активный элемент, управляемый входным током, преобразует энергию источника питания в энергию полезных усиливаемых сигналов, выделяемых на сопротивлении нагрузки.

Каскад с общим эмиттером дает большое усиление по току, по напряжению и мощности и инвертирует фазу сигнала.

Область низких частот.

36

;

1)

||

;

Если ∑

∑

37

( *

||

( *

38

Билет №7

Вопрос №2

Подстраиваемая частотная коррекция АЧХ ОУ

Полная частотная коррекция операционного усилителя гарантирует достаточный запас устойчивости по фазе для резистивной отрицательной обратной связи с любыми параметрами. Однако этот способ имеет тот существенный недостаток, что ширина полосы пропускания усилителя, охваченного обратной связью, обратно пропорциональна коэффициенту усиления K.

Смысл этого соотношения наглядно пояснен на рис. 16. При менее глубокой обратной связи для стабилизации усилителя достаточно было бы меньшего снижения усиления в

области средних и высоких частот, так как в этом случае точка |KU| = 1 достигается при |KU| =1/ >1. Как видно из рис. 16, при 1/ =10 ширину полосы пропускания ОУ без обратной связи можно увеличить с 10 Гц до 100 Гц уменьшением Ск (емкость корректирующего конденсатора) от 30 пФ до 3 пФ. При этом полоса пропускания усилителя с обратной связью возрастет со 100 кГц до 1 МГц.

Рис. 16. Зависимость полосы пропускания от коэффициента усиления при подстраиваемой частотной коррекции

Упрощенная схема двухкаскадного ОУ

39

Билет №8

Вопрос №1

Собственная и примесная проводимость полупроводников

Полупроводники — это вещества, удельное сопротивление которых убывает с повышением температуры, наличием примесей, изменением освещенности. По этим свойствам они разительно отличаются от металлов. Обычно к полупроводникам относятся кристаллы, в которых для освобождения электрона требуется энергия не более 1,5—2 эВ. Типичными полупроводниками являются кристаллы германия и кремния, в которых атомы объединены ковалентной связью.

При нагревании полупроводников их атомы ионизируются. Освободившиеся электроны не могут быть захвачены соседними атомами, так как все их валентные связи насыщены. Свободные электроны под действием внешнего электрического поля могут перемещаться в кристалле, создавая электронный ток проводимости. Удаление электрона с внешней оболочки одного из атомов в кристаллической решетке приводит к образованию положительного иона. Этот ион может нейтрализоваться, захватив электрон. Далее, в результате переходов электронов от атомов к положительным ионам происходит процесс хаотического перемещения в кристалле места с недостающим электроном — «дырки». Внешне этот процесс хаотического перемещения воспринимается как перемещение положительного заряда. При помещении кристалла в электрическое поле возникает упорядоченное движение «дырок» — дырочный ток проводимости.

В идеальном кристалле ток создается равным количеством электронов и «дырок». Такой тип проводимости называют собственной проводимостью полупроводников. При повышении температуры (или освещенности) собственная проводимость проводников увеличивается.

На проводимость полупроводников большое влияние оказывают примеси.

Донорная примесь — это примесь с большей валентностью. При добавлении донорной примеси в полупроводнике образуются липшие электроны. Проводимость станет электронной, а полупроводник называют полупроводником n-типа.

Акцепторная примесь — это примесь с меньшей валентностью. При добавлении такой примеси в полупроводнике образуется лишнее количество «дырок». Проводимость будет «дырочной», а полупроводник называют полупроводником р-типа.

Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на свойствах р— n-перехода. При приведении в контакт двух полупроводниковых приборов р-типа и n-типа в месте контакта начинается диффузия электронов из n-области в р-область, а «дырок» — наоборот, из р- в n-область. Этот процесс будет не бесконечным во времени, так как образуется запирающий слой, который будет препятствовать дальнейшей диффузии электронов и «дырок».

р—n-Контакт полупроводников, подобно вакуумному диоду, обладает односторонней проводимостью:

если к р-области подключить «+» источника тока, а к n-области «-» источника тока, то запирающий слой разрушится и р—n-контакт будет проводить ток, электроны из д- области пойдут в р-область, а «дырки» из р-области в n-область (рис. 32).

40

В первом случае ток не равен нулю, во втором — ток равен нулю. Это означает, что если к p-области подключить «-» источника, а к л-области — «+» источника тока, то запирающий слой расширится и тока не будет. Полупроводниковый диод состоит из

контакта двух полупроводников р- и n-типа . Полупроводниковые диоды имеют: небольшие размеры и массу, длительный срок службы, высокую механическую прочность, высокий коэффициент полезного действия, их недостатком является зависимость сопротивления от температуры.