4. Классы усилителей. Стабилизация точки покоя.

Классы усилителей. Задание точки покоя(режим по постоянному току).

В зависимости от назначения исходных данных можно задать режим работы уси-

лителя, режим задается напряжением смещения (по знаку и величине). Бывают режимы:

А, В, АВ, С.

Класс А: Точка покоя (рабочая точка: параметры IК^{, U}К^{, I}Б^{, U}Б⁾ задается при отсутствии входного сигнала и выбирается на середине линейного участка входной характери-

стики транзистора.

I_KA = IБА

Нагрузочная прямая строится по двум точкам:

1. Точка холостого хода (Х.Х.) IK=0

2. Точка короткого замыкания (К.З.)

Точки пересечения нагрузочной кривой со статическими характеристиками определя-

ют динамическую характеристику усилителя в динамическом режиме работы.

Класс А Характеризуется минимальным искажением – это его достоинство, но низкое КПД 50% теоретическое, 10-20% реальное, используется в усилителях напряжения.

Класс В На вход не подают смещение, а пoдают только входной сигнал.

Графики IБ (IК) – отличаются от синусоидального. Ток IК протекает в течение полови

ны периода входного сигнала. КПД = 80%. Высокий КГ, применяется в усилителях мощности.

Класс А-В Низкий коэффициент гармоник, а КПД = 60 – 70%,  > /2. При входном

сигнале протекает 5 – 15% максимального тока. Используется в двухтактных усилителях

мощности.

Класс С

На вход усилителя подается

постоянное запирающее смещение

обратной полярности (точка С).

Ток протекает в течение < /2

КПД = 95 – 98%, используется

в генераторах, где искажения не

важны, большой коэффициент

гармоник.

Методы стабилизации рабочей точки

1. Коллекторная стабилизация

Ток IБ стал зависеть от IК. Если температура повышается, то повышается и ток IК, а следовательно, напряжение UК и ток IБ понижаются, а транзистор VT начнет закрываться, а ток IК уменьшаться, тем самым стабилизируя точку покоя. Коллекторная стабилизация не является эффективной.

2. Эмиттерная стабилизация

Включение RЭ стабилизирует рабочую точку. Здесь ток IК является постоянным.

Однако RЭ снижает коэффициент усиления по напряжению, так как при переменном сигнале RЭ будет снижать амплитуду изменений IК. для устранения этого ставят шунтирующую RЭ ёмкость СЭ^.Переменный ток проходит через СЭ

⁽О.О.С. отсутствует, следовательно, коэффициент усиления по переменному напряжению очень высок). Постоянный ток проходит через RЭ (О.О.С. есть).

3. Стабилизация с помощью термосопротивления

5. Каскад предварительного усилителя на биполярном транзисторе, включенном по схеме оэ. Схема замещения.

Одиночный каскад составляет основу любого усилителя, состоящего из нескольких каскадов, или является самостоятельным усилителем, если усилитель состоит из одного каскада. Усилительный каскад с коллекторной нагрузкой (с общим эмиттером) – самый распространенный, и имеет наибольшие коэффициенты усиления тока, напряжения и мощности. Схема каскада с ОЭ:

R₁, R₂ – (делитель) задают точку покоя

RK – создает усиление по напря-

жению

RЭ – стабилизирует точку покоя

СЭ – шунтирует RЭ в режиме пе-

ременного тока, т. е. убирает отрицательную обратную связь в режиме входного сигнала

СР1^,СР2 – ограничение прохождения постоянного тока.

Малосигнальные схемы замещения транзистора

В общем случае транзистор представляет собой активный (способный преобразовывать энергию источника сигнала) нелинейный четырехполюсник (рис. 3.33,а). Его можно описать семействами характеристик - нелинейными функциями двух переменных.В зависимости от схемы включения транзистора величинамi₁, i₂, u₁, u₂ соответствуют те или иные реальные токи и напряжения.

Однако на практике часто приходится сталкиваться с задачей усиления малых сигналов. В этом случае на постоянные составляющие токов I(0) и напряжений U(0) (определяющих рабочую точку транзистора) наложены малые переменные сигналы  i(t),  u(t) или:

(3.46)

Связи между малыми приращениями линейны и определяются полными дифференциалами функций f₁ и f₂:

Частные производные перед независимыми переменными обозначим символами h₁₁, h₁₂, h₂₁, h₂₂ и будем называть h-параметрами транзистора. (В зависимости от схемы включения в обозначения добавляется индекс, например, h_11Э или h_11Б или h_11К). Зададим приращения токов и напряжений в виде малых гармонических колебаний. Тогда уравнения (3.47) можно записать:

U_1m = h₁₁ I_1m + h₁₂ U_2m ;

I_2m = h₂₁I_1m + h₂₂ U_2m . (3.48)

Уравнениям (3.48) соответствует эквивалентная схема (рис. 3.33,б). Из (3.48) вытекают смысл и наименование h-параметров:

- входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе для малой переменной составляющей тока;

  - коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе для переменной составляющей тока;

- дифференциальный коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей;

- выходная проводимость транзистора при разомкнутом входе для переменной составляющей тока. Отметим, что h-параметры являются дифференциальными. На высоких частотах между переменными составляющими токов и напряжений появляются фазовые сдвиги и параметры становятся комплексными. При этом (3.48) записываются в виде:

(3.49)