- •Перелік скорочень
- •1 Пасивні компоненти
- •1.1 Резистори
- •1.2 Конденсатори
- •1.3 Індуктивні компоненти
- •1.4 Запитання та завдання для самоконтролю
- •Література [8-9]
- •2 Діоди і діодні схеми
- •2.1 Класифікація і маркування діодів
- •Для стабілітронів і стабісторів:
- •2.2 Параметри і характеристики діодів
- •2.3 Напівпровідникові стабілітрони
- •2.4 Варикапи
- •2.5 Випрямляючі діоди
- •2.6 Тунельні діоди
- •2.7 Високочастотні діоди
- •2.8 Обернені діоди
- •2.9 Імпульсні діоди
- •2.10 Запитання та завдання для самоконтролю
- •Література [10-16]
- •3 Біполярні та уніполярні транзистори
- •3.1 Структура транзисторів
- •3.2 Класифікація біполярних та уніполярних транзисторів
- •3.3 Принцип дії біполярного транзистора
- •3.4 Статичні параметри біполярних транзисторів
- •3.5 Режими роботи і статичні характеристики біполярних транзисторів
- •3.6 Параметри транзистора як чотириполюсника
- •3.7 Частотні властивості біполярного транзистора
- •3.8 Принципи підсилення в транзисторі при активному режимі роботи
- •3.9 Робота транзистора в імпульсному режимі
- •3.10 Будова та характеристики уніполярних транзисторів
- •3.12 Параметри уніполярних транзисторів
- •3.13 Частотні властивості уніполярних транзисторів
- •3.14 Запитання та завдання для самоконтролю
- •Література [10-16]
- •4 Показники та характеристики аналогових електронних пристроїв
- •4.1 Коефіцієнти підсилення
- •4.2 Амплітудно-частотна характеристика. Коефіцієнти частотних спотворень
- •4.3 Фазочастотна характеристика
- •4.4 Перехідні характеристики. Спотворення імпульсних сигналів
- •4.5 Нелінійні спотворення. Коефіцієнт нелінійних спотворень
- •4.6 Амплітудна характеристика. Динамічний діапазон
- •4.7 Коефіцієнт корисної дії. Номінальна вихідна потужність
- •4.8 Внутрішні завади аналогових пристроїв
- •4.9 Запитання та завдання для самоконтролю
- •Література [1, 17-20]
- •5 Зворотний зв’язок і його вплив на показники та характеристики аналогових пристроїв
- •5.1 Основні засоби забезпечення зворотного зв’язку
- •5.2 Вплив зворотних зв’язків на коефіцієнти підсилення струму та напруги
- •5.3 Вплив зворотних зв’язків на вхідний та вихідний опір
- •5.4 Вплив зворотного зв’язку на інші показники пристрою
- •5.5 Стійкість пристрою зі зворотним зв’язком
- •5.6 Запитання та завдання для самоконтролю
- •Література [1, 6, 17-25]
- •6 Забезпечення та стабілізація режиму в каскадах аналогових пристроїв
- •6.1 Кола живлення каскадів на уніполярних транзисторах
- •6.2 Кола живлення каскадів на біполярних транзисторах
- •6.3 Динамічні характеристики каскадів
- •6.4 Запитання та завдання для самоконтролю
- •Література [19-27]
- •7 Каскади попереднього підсилення
- •7.1 Аналіз властивостей каскаду зі спільним витоком в частотних областях
- •7.2 Аналіз резисторного підсилювального каскаду зі спільним емітером у різних частотних областях
- •7.3 Перехідні характеристики резисторного підсилювального каскаду
- •7.4 Повторювачі напруги
- •7.5 Повторювачі струму
- •7.6 Каскади з динамічним навантаженням
- •7.7 Диференціальні каскади
- •7.8 Каскади на складених транзисторах
- •7.9 Запитання та завдання для самоконтролю
- •Література [1, 22-28]
- •8 Корекція частотних та перехідних характеристик
- •8.1 Необхідність корекції та її принципи
- •8.2 Методи визначення параметрів, що забезпечують рівномірність ачх та лінійність фчх у найбільшій області частот
- •Введемо для спрощення нові змінні
- •8.3 Каскади з індуктивною вч корекцією
- •8.4 Каскади з вч корекцією на основі частотно залежного зворотного зв'язку
- •8.5 Каскади з нч корекцією
- •8.6 Запитання та завдання для самоконтролю
- •Література [22-25]
- •9 Вибірні каскади
- •9.1 Класифікація, параметри та характеристики вибірних каскадів
- •9.2 Резонансні діапазонні каскади з автотрансформаторним, трансформаторним і комбінованим зв’язками
- •9.3 Смугові каскади
- •9.4 Запитання та завдання для самоконтролю
- •Література [4, 5, 29]
- •10 Каскади кінцевого підсилення
- •10.1 Вимоги до каскадів кінцевого підсилення
- •10.2 Основні режими роботи підсилювальних каскадів
- •10.3 Однотактні каскади кінцевого підсилення
- •10.4 Двотактні каскади кінцевого підсилння
- •10.5 Визначення нелінійних спотворень
- •10.6 Вибір транзисторів для каскаду кінцевога підсилення
- •10.7 Кінцеві каскади підсилення потужності, що працюють у режимі з шім
- •10.8 Запитання та завдання для самоконтролю
- •Література [1, 19-21]
- •11 ОпераційнІ підсилювачі
- •11.1 Основні показники операційних підсилювачів та вимоги до них
- •11.2 Типові структури та каскади операційних підсилювачів
- •11.3 Застосування зворотного зв’язку у операційних підсилювачах для утворення пристроїв аналогової обробки сигналів
- •11.4 Ачх та фчх операційного підсилювача
- •11.5 Забезпечення стійкості операційних підсилювачів, що охоплені зворотним зв’язком
- •11.6 Запитання та завдання для самоконтролю
- •Література [30-34]
- •12 КаскАди на операційних підсилювачах, що здійснюють операції над сигналом
- •12.1 Інвертувальні каскади
- •12.2 Неінвертувальні каскади
- •12.3 Диференційні каскади
- •12.4 Інтегрувальні і диференціювальні каскади
- •12.5 Логарифмічні та антилогарифмічні каскади
- •12.6 Аналогові помножувачі та подільники
- •12.7 Перетворювачі опору. Конверсія та інверсія імпедансу
- •12.8 Розрахунок каскадів на оп
- •12.9 Запитання та завдання для самоконтролю
- •Література [27-35]
- •13 Активні фільтри
- •13.1 Загальні відомості про фільтри
- •13.2 Фільтри Баттерворта і Чебишева
- •13.3 Фільтри Бесселя
- •13.4 Порівняння фільтрів різних типів
- •13.5 Схеми активних фільтрів на оп
- •13.6 Проектування фільтрів на джерелах напруги керованих напругою
- •Елементів фільтрів
- •13.7 Фільтри, що будуються на основі методу змінного стану
- •13.8 Схемні рішення фільтрів
- •13.9 Запитання та завдання для самоконтролю
- •Література [27-35] література
- •Глосарій
6.3 Динамічні характеристики каскадів
У розрахунках електричних характеристик підсилювальних каскадів використовуються такі динамічні характеристики:
вихідна — залежність вихідного струму бід вихідної напруги, для БТ , для ПТ;
вхідна — залежність вхідного струму від вхідної напруги, для БТ . Для ПТ ця характеристика не використовується, оскільки вхідні струми цих підсилювальних елементів дуже малі;
прохідна — залежність вихідного струму від вхідної напруги, для БТ – це , для ПТ, для розрахунків каскадів на БТ ця залежність звичайно не використовується;
наскрізна (крізна) — залежність змінної складової вихідного струму від напруги джерела сигналу.
Одночасно розрзняють динамічні характеристики постійного та змінного струмів.
Динамічна вхідна характеристика постійного струму відповідає випадку відсутності сигналу на вході підсилювального каскаду:
, звідки , |
де — напруга живлення;
—опір навантаження постійному струму.
Графічно–динамічна характеристика становить собою пряму на вихідних статичних характеристиках підсилювального елемента, що проходить через точку по осі напруги під кутом(рис. 6.15), тангенс якого обернено пропорційний опору.
Під час побудови цієї характеристики за тангенсом кута її нахилу необхідно враховувати масштабні коефіцієнти за осями струмів та напруг
|
де m1, m2 — масштабні коефіцієнти вісів відповідно напруги і струму.
Рисунок 6.15 – Вхідні (а) та вихідні (б) ВАХ біполярного транзистора
з побудованою графічно–динамічною характеристикою
Наприклад, якщо ,,, тоді
; . |
Положення робочої точки (точки спокою) визначається перехрещенням статичної характеристики підсилювального елемента для заданого значення струму бази та динамічною характеристикою. Вхідна динамічна характеристика практично збігається зі статичною, якщо.
Побудова вихідної динамічної характеристики ПТ не відрізняється від відповідної побудови для БТ.
Необхідно зазначити, що така побудова не враховує спаду напруги на резисторі у колі емітера (витоку). Спад напруги на цьому резисторі вибирають приблизно, тоді побудова починається від точки.
Динамічна характеристика за постійним струмом використовується дня визначення положення робочої точки відповідно до потрібного режиму підсилювального елемента.
Вибір положення робочої точки істотно відрізняється для підсилювачів, які працюють з великими та малими сигналами. Для вихідних каскадів підсилювачів, які працюють з великими сигналами, основною вимогою є досягнення максимальної потужності, що відповідає повному використанню транзистора. У такому разі робочу точку вибирають приблизно на середині робочої ділянки динамічної характеристики і якомога ближче до початку координат площини вихідних характеристик; останнє забезпечує максимальний ККД. Якщо підсилювач працює в режимі малих сигналів, доцільно вибирати положення робочої точки в області малих струмів та напруг, що збігається з вимогами мінімального рівня власних шумів транзистора. Після того, як положення робочої точки зафіксовано, визначаються параметри підсилювального елемента в робочій точці.
Динамічна характеристика за змінним струмом відповідає дії на вході підсилювального каскаду напруги сигналу і використовується для визначення вихідного струму підсилювального елемента, який у цьому разі, крім постійної складової, містить також і змінну, тобто
. |
Вираз для приймає вигляд
або
, |
де — опір навантаження змінного струму.
Цей вираз є рівнянням прямої, що описує, вихідну динамічну (навантажувальну) характеристику змінного струму і проходить через робочу точку з координатами, під кутом(рис. 6.16, б), тангенс якого обернено пропорційно активній складовій опору навантаження змінного струму, тобто
.
|
Рисунок 6.16 – Вхідна (а) і вихідна (б) динамічні характеристики
Для побудови цієї характеристики доцільно використовувати відрізки, які відповідають приросту струму та напруги. Відрізком(або) задаються довільно, а потім обчислюють другий відрізок () і визначають положення додаткової точки, яка знаходиться на перпендикулярі відкладеного від кінця відрізка. Навантажувальна характеристика змінного струму при цьому проходить через робочу точкута зазначену точку. Для даної побудови можна також скористатися методом паралельного перенесення в робочу точкупрямої, яка проходить через точкупід кутом нахилу.
За наявності вихідної динамічної характеристики починають побудову вхідної чи наскрізної характеристики.
Якщо струм бази транзистора залежить тільки від різниці потенціалів між базою та емітером і не залежить від напруги на колекторі, що спостерігаємо за достатньо великими напругами, на колекторі статична і динамічна вхідні характеристики практично збігаються як це показано на рис. 6.16, а (неперервна лінія), у противному разі — суттєво відрізняються (пунктирна лінія).
Наскрізна динамічна характеристика будується звичайно для змінних складових струмів та напруг. Для цього початок координат переносять у робочу точку(рис. 6.17). Оскільки у вхідному колі тече струм, напруга джерела сигналувідрізняється від напруги між базою та емітером транзистора
, |
де — внутрішній опір джерела сигналу.
Рисунок 6.17 – Наскрізна динамічна характеристика підсилювального каскаду на біполярному транзисторі
Згідно з цим виразом визначаються координати точок
, |
. |
Під час побудови характеристик слід враховувати, що для вмикання зі спільним емітером , , зі спільною базою,, а щодо уніполярних транзисторів, то для вмикання зі спільним витоком,і зі спільним затвором,.
Динамічні характеристики використовуються для визначення основних показників підсилювального каскаду. Так, вихідна потужність та коефіцієнт ККД визначаються вихідними динамічними характеристиками змінного струму
, |
, |
де — напруга джерела живлення;
—сумарний споживаний каскадом струм .
Коефіцієнт підсилення визначається за сумісним використанням вхідних та вихідних характеристик.
Додатково за допомогою цих характеристик може бути визначено рівень нелінійних спотворень та корисна вихідна потужність першої гармоніки напруги сигналу. З цією метою для схем на електронних лампах польових транзисторів використовують прохідну чи вихідну динамічну характеристику змінного струму, а для каскадів на БТ – наскрізну.