Добавил:

bagiwow Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

Физика

Файл:

electronics

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.12.2013

Размер:

2.09 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 115 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Усилитель напряжения низкой частоты (УННЧ)

Схема на транзисторе с общим эмиттером

+EK -

R1, R2 – задают точку покоя

(Класс А)

RK – создает усиление по напря-

RБ

жению

CР2

RЭ – стабилизирует точку покоя

СЭ – шунтирует RЭ в режиме пе-

ременного тока, т. е. убирает от-

рицательную обратную связь в

RВН

режиме входного сигнала

RН

СР1, СР2 – разделение каскадов по

UВЫХ постоянному току

RЭ

евх

CЭ

Анализ работы в режиме усиления переменного тока

Производится по схемам замещения ( Т образная схема замещения). В режиме переменного тока все точки схемы, где ∆U=0 можно закоротить (∆Е=0 т. к. RВН=0). Делитель R1, R2 – получается включением параллельно R1 R2.

Схема сложная. Анализ ведут раздельно для СЧ, ВЧ, НЧ.

				rК*
	C	Б	r		К	CР
	Р	Б	Б	βIБ	К
RВН			rЭ	βIБ
RВН	R1	R	rЭ	CК*
		2	Э	RK		RН
			Э	RK		RН
			R	CЭ
еВХ			Э
еВХ

Схема замещения на средних частотах

На СЧ можно не учитывать все реактивные сопротивления (емкости), т. к. сопротивления на СЧ СР и СЭ≈0, а СК* очень большое и iCК* =0

		rК*
RВН	rБ	βI Б
		βI Б
R1	rЭ	RK	RН
R1	R2		RН
	R2

UВЫХ = βIБR К R Н rК* ≈ βIБR К R Н

т.к.

rK * ≥ R К R Н , rЭ = 0

IБ =

eВХ

[R ВХ.УСИЛ ≤ R1

R 2 ]

R ВН + R ВХ.УСИЛ

UВЫХ = β

eВХR К

R Н

КИСЧ = β

R К

R Н

R ВН + R ВХ.УСИЛ

ВХ.УСИЛ

UВХ

IБrБ + IЭrЭ

= r + (1+β)r

IВХ

IБ

= ϕГ

IЭ

Вывод:

Кусил.наСЧ = β

R К

≈ α

R K

≈

R К

(β +1)rЭ

rЭ

Реальный коэффициент усиления на СЧ несколько сотен единиц. КИСЧ тем больше, чем больше RK и чем меньше RВХ.УСИЛ

Схема замещения на высоких частотах

С увеличением частоты ХС уменьшается нужно

CК*

RН

учитывать СК*

βIБ

Изменится входная часть схемы

βIБR К

R Н

UВЫХ =

jωCK *

IБ =

eВХ

R ВН + R ВХ.УСИЛ

UВЫХ = βIБ

R К

R Н

= eВХ

βR К

R Н

1+ jωC

* (R

)

ВН

+ R

ВХ.УСИЛ

)(1

+ jωC

* (R

))

= [τВ = СК * (R K

R Н )]= eВХKИСЧ 1 (1+ jωВτВ )

КИВЧ

КИСЧ

+ jτВωВ

КИВЧ

КИСЧ

1+ ωВ2 τВ2

Вывод: КИВЧ меньше чем КИСЧ и чем выше ω, CK*, RK, тем меньше КИВЧ.

Схема замещения на низких частотах

	СР1	rБ	А	СР2
			βI Б
R ВН		rЭ	R K	i1	R
	еВХ	rЭ	R K	i1	R	Н
						Н

			В

С уменьшением частоты, увеличивается ХС, поэтому надо учесть СР.

ХСЭ ≥ rЭ - не учитываем.

АВ

= βI

(

+ R

)

jωCP2

i1 =

UAB

jωCP2

+ R Н

R K

R K R H

UВЫХ = i1R H = βIБ

R H

= ... = βIБ

+ R

jωCP1

jωCP2

= βIБ

R K R H

= βIБ

R K

R H

(R K

+ R H ) 1

jωCP2 (R K + R H )

jωτH2

τH2 = CP2 (R K + R H ) − пост.времениУНЧ

UВЫХ = eВХ

βR K

R H

(R K + R H ) 1+

jωτH2

KИНЧ =

KИСЧ

;

K ИНЧ

KИСЧ

jωH τH2

ωH 2 τH2 2

Если учесть СР1:

τН1=СР1(RВН+RВХ.УСИЛ) – постоянная времени входной цепи усилителя

IБ =

eВХ

+ R

ВН

ВХ.УСИЛ

jωH CP1

(R ВН + R ВХ.УСИЛ ) 1

jωH CP1

(R ВН + R ВХ.УСИЛ )

IБ =

eВХ

подставим IБ в UВЫХ

(R ВН + R ВХ.УСИЛ ) 1

jωH τH1

UВЫХ = eВХ

βR К

R Н

КИНЧ =

K ИСЧ

+ R

(R ВН

ВХ.УСИЛ ) 1

jωH τH2

jωH τH1

jωH τH2

jωH τH1

КИНЧ

КИСЧ

2 τ

Вывод: КИНЧ>КИСЧ

и уменьшается при уменьшении ω,СР, RK.

АЧХ усилителя

K				RK
C	P	R	K	RK	C	*	R	K
	P		K			K		K
			KИНЧ	KИСЧ		KИВЧ

Можем менять АЧХ, подбирая элементы схемы.

При ↑RK → ↑KИ но на ВЧ будет завал раньше.

Пологий участок на СЧ получаем т.к. СР уже не работает, а СК* - еще не включилась.

wНЧ

wСЧ

wВЧ

Схема УННЧ (VT с общей базой)

+EK

СР1

СР2

RВН

Стабилизации точки покоя

CБ

ВЫХ

нет, т. к. I

IK0

и измене-

β +

еВХ

ния очень малы.

Анализ ведут по схемам замещения.

Схема замещения

rЭ

αIЭ

R ВН

rБ

СК

R K

еВХ

UВЫХ = αIЭR K

R H

IЭ =

eВХ

R ВН + R ВХ

ОБ

K УСЧ = α

R K

R H

R ВН + R ВХОБ

ВХ

ОБ =

UВХ

IЭrЭ + IБrБ

= [т.к.I

= I

− α)]= r

+ r (1− α)

IВХ

IЭ

R ВХОБ << R ВХОЭ

КУОЭ ≈ КУОБ

На низких частотах нужно учитывать разделительную емкость, что приведет к снижению коэффициента усиления на НЧ. На ВЧ нужно учитывать СК

Обратные связи

1)Отрицательная обратная связь(ООС) - (UВХ-UВЫХ) сигнал с выхода на вход приходит в противофазе.

2)Положительная обратная связь (ПОС)- (UВХ+UВЫХ) сигнал с выхода на вход приходит в фазе.

По типу связи:

1) Последовательная обратная связь – сигнал обратной связи включен в разрыв входной цепи.

2)Параллельная обратная связь – сигнал обратной связи включен параллельно входной цепи.

Параллельная обратная связь по напряже-	Параллельная обратная связь по току
нию

UВХ

ВЫХ

Последовательная обратная связь по на-

Последовательная обратная связь по току

пряжению

UВХ

		Влияние обратной связи на основные характеристики УНЧ
К –	UВХ'	К	UВЫХ χ	усилитель без ОС с коэффициентом усиления К
χ -	UВХ'	К	UВЫХ χ	коэффициент ОС, показывающий какая часть
				входного сигнала поступает на выход.
	UOC	χ		χ = UОС	<1
				UВЫХ χ
	UВЫХχ- новое значение UВЫХ с учетом цепи ОС

Кχ = UВЫХχ
UВХ
UВЫХχ = (UВХ ± UOC )K = UВХK ± UOC K = UOC = UВЫХχχ = UВХK ± UВЫХχχK
UВЫХχ (1 m Kχ) = UВХK
Кχ =	К	“+” - при ООС, “-“ – при ПОС
	1m Кχ

При ПОС коэффициент усиления увеличивается, если подобрать χК=1, то Кχ→ ∞. Что соответствует (физически) самовозбуждению усилителя – он становится автогенераторов.

При ООС коэффициент усиления уменьшается, если χ=1 (глубокая ООС), то Кχ=1 усиления нет.

Несмотря на то, что ООС уменьшает коэффициент усиления, в усилителях используется только ООС, т.к. они улучшают другие параметры.

1.Стабильность коэффициента усиления

Оценивается коэффициентом нестабильности δ = ∆КК = dKK - чем больше, тем хуже

усилитель.

Если усилитель охвачен ООС

δ= dKχ

χKχ

dKχ

χ = const =

dK(1+ χK) −d(1+ χK)k

(1+ χK)

(1+ χK)2

+ χK)2

δχ =

(1+ χK)2

+ χK)K

+ χK

Вывод: при введение ООС δ уменьшается в (1+χК) раз. 1+χК=FOC- глубина ОС.

2. Влияние ОС на коэффициент частотных искажений

M = KKСЧ ,

тогда

КСРχ

Мχ =

КСЧχ

1+ χК

СЧ

1+ χК

= М

1+ χК

Кχ

К 1+ χКСЧ

+ χКСЧ

1+ χК

Как было показано при анализе УННЧ КСЧ>К => дробь <1 => Mχ<M

=> любая гармоника уменьшается в (1+χК) раз

Частотные искажения меньше значит АЧХ более стабильна.

К			ПОС				ООС расширяет частотный диапазон.
			ПОС				ООС расширяет частотный диапазон.
						К	ПОС уменьшает частотный диапазон, увеличивает
						К	частотные искажения
							частотные искажения
			ООС
							f
					3. Влияние ОС на коэффициент гармоник.
КГ =	U		2 + U	2	+... + U		2
КГ =		2m		3m		nm	- характеризует нелинейные искажения формы сигнала.
			U1m

Если ввести ООС, то i-я гармоника по цепи ОС появится на входе усилителя в противофазе гармонике Uim.

Uim χ = Uim − Uim χχK Uim χ = 1U+1mKχ

КГχ = 1+КχГК Вывод: вводя ООС можно улучшить форму сигнала.

4. Влияние ОС на RВХ

UВХ

χ =

UВХ

IВХχ

ВХ

IВХ

ВХ

UВХ '= UВХ − UOC = UВХ

− UВХ 'χK =

UВХ

+ χK

IВХχ =

UВХ '

UВХ

R ВХ (1+ Kχ)

R ВХ

χ =

UВХ

= R ВХ (1+ χK)

IВХ

Вывод: Rвх увеличивается, но это справедливо только для последовательной ОС. Параллельная ОС уменьшает Rвх.

5. Влияние ОС на RВЫХ.

R ВЫХ

UВЫХ

IВЫХ

Если ОС по U:

UВЫХ

χ =

UВЫХ

R ВЫХ

χ =

R ВЫХ

=> RВЫХ уменьшается

1+ χK

Если ОС по I:

IВЫХχ

IВЫХ

R ВЫХχ

UВЫХ

= R ВЫХ (1+ χK) => RВЫХ увеличивается

1+ χK

IВЫХ

Эмиттерный повторитель (каскад с общим коллектором)

Эмиттерный повторитель – усилительный кас-		+ ЕП
кад по напряжению с общим коллектором и 100% от-
рицательной обратной связью. Схема эмиттерного	IБ	СР
повторителя приведена на рисунке. Для расчета удоб-		СР
нее применять эквивалентные схемы замещения.
нее применять эквивалентные схемы замещения.
Входное сопротивление можно найти из эквивалент-
Входное сопротивление можно найти из эквивалент-

ной схемы:

U~ ВХ

R Э

R Н

UВЫХ

r*K >> R Э r*K −не учитывается

R ВХ ЭП =

ВХ

IБrБ + IЭ (rЭ + R Э

R Н )

IБ

IВХ

= [IЭ = IБ (1+β)]= rБ + (1+β)(rЭ + R Э

R Н )

rБ

IЭ

rЭ

UВХ

R Э

RН UВЫХ ЭП

IК

IБ

Эквивалентная схема замещения

Вывод: эмиттерный повторитель имеет большое входное сопротивление RВХ ЭП ,

большее, чем у усилительных каскадов с общим эмиттером и общей базой (так как охвачен глубокой обратной связью).

Если RВЫХ ЭП =

UВЫХ ЭП

R Н =0

, тогда схема замещения будет выглядеть следующим

IВЫХ ЭП

UВХ =0

образом.

rЭ

UВХ

IЭ

R Э UВЫХ ЭП

IЭ

rБ′ =

rБ

1+β

−приведенное сопротивлениебазыквыходнойцепи

1+β

r + I

r = I

(

rБ

+ r )

rЭ

rБ′

R Э

Б Б

Э Э

Э 1

+β

(rБ′

rБ′ =

rБ

RВЫХ ЭП = RЭ

+ rЭ)

<< rЭ, rЭ << RЭ RВЫХ ЭП ≈ rЭ

1+β

RВЫХ ЭП

намного меньше, чем в схемах с общим эмиттером и общей базой.

UВЫХ ЭП

IЭ (rЭ

+ R Э

R Н )

(1+β)IБ R Э

R Н

UВЫХ ЭП

K U ЭП =

= IБ =

UВХ ЭП

R ВХ ЭП

(1+β)R Э

R Н

<1 (0,8 ÷0,95)

нет усиления по напряжению.

+ (1+β)(r

+ R

)

KI ЭП	=	IЭ	= (1+β) >>1
		IБ

Вывод: эмиттерный повторитель, в отличие от схем с общим коллектором и общей базой имеет большее входное сопротивление RВХ ЭП , меньшее выходное сопротив-

ление RВЫХ ЭП , больший коэффициент усиления по току

(1+β)R Э R Н =

R ВХ ЭП

+ EП

VT1

KI ЭП , но меньший коэффициент усиления по напряжению KU ЭП . Сигналы на входе и выходе находятся в фазе (в

схеме с ОЭ – в противофазе). Для большого входного сопротивления RВХ ЭП используют схему Дарлингтона (со-

ставной транзистор).

β∑ ≈ β1 β2 = β2 (β1 = β2 ), тта какβ ↑ ↑ RВХ ЭП.

Для задания усиления «класса А» ставится делитель напряжения, реализованный на R1 и R2 :

		VT2
UВХ	R Э

			UВЫХ

Составной транзистор

+ EП

100

RВХ ЭП = R1

RЭП ≈R1

≈ 5

В этом случае RВХ ЭП становится соразмерным со схе-

Cр

VT1

мами ОЭ, ОБ.

Cр

R Э

RН

			+ EП
R1
Cр
1	R3	2	VT1
			VT1
UВХ		Cос	Cр
UВХ
R2		R Э	RН
		R Э	RН

Можно увеличить RВХ ЭП :

U1-2 = UBX – UOC = UBX – KЭП·UВЫХ,

так как КЭП ≈ 1 => U1-2 = 0,

так как UВХ = КЭП·UВЫХ => ток через R3 течь не будет, то есть для входного сигнала между

точками 1 – 2 будет разрыв.

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 115 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Физика

#
12.12.20132.09 Mб29electronics.pdf
#
12.12.20136.48 Mб23супермен.jpg
#
12.12.2013494.23 Кб27физика.bmp