- •Часть II
- •Общие сведения…………………………………………………………. 46
- •Общие сведения………………………………………………………… 51
- •Общие сведения……………………………………………………………. 80
- •Основные сокращения
- •1. Обратные связи в аэу
- •1.1. Основные понятия
- •1.2. Влияние ос на передаточные свойства устройства
- •1.3. Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления
- •1.4. Влияние обратной связи на стабильность коэффициента передачи
- •1.5. Влияние обратной связи на амплитудно-частотную, фазочастотную и переходную характеристики
- •1.6. Влияние обратной связи на внутренние помехи
- •1.7. Влияние обратной связи на нелинейные искажения
- •1.7. Устойчивость устройств с обратной связью
- •2. Режимы работы и цепи питания усилительных элементов
- •2.1. Режимы работы усилительных элементов
- •2.1.1. Режим а
- •2.1.2. Режим в
- •2.1.3. Режим с
- •2.1.4. Режим d
- •2.2. Температурная нестабильность режима биполярного транзистора
- •2.3. Температурная нестабильность режима полевого транзистора
- •2.4. Методы стабилизации
- •2.5. Обобщенная схема задания и стабилизации рабочей точки
- •2.6. Схема эмиттерной стабилизации
- •2.7. Схема коллекторной стабилизации
- •2.8 Цепи питания полевых транзисторов
- •2.8.1. Цепи питания с фиксацией напряжения на затворе
- •2.8.2. Схемы истоковой стабилизации
- •2.9. Генераторы стабильного тока
- •3. Каскады предварительного усиления
- •3.1. Особенности каскадов предварительного усиления
- •3.2. Резисторный каскад на биполярном транзисторе
- •3.2.1. Принципиальная и эквивалентная схемы
- •3.2.2. Область средних частот
- •3.2.3. Область нижних частот и больших времен
- •3.2.4. Область верхних частот и малых времен
- •3.3. Коррекция амплитудно – частотных и переходных характеристик
- •3.3.1. Общие сведения
- •3.3.2. Схема эмиттерной высокочастотной коррекции
- •3.3.3. Схема индуктивной высокочастотной коррекции
- •3.3.4. Схема низкочастотной коррекции
- •3.4. Дифференциальный каскад
- •3.4.1. Общие сведения
- •3.4.2. Принцип действия
- •3.4.3. Параметры дифференциального каскада
- •3.5. Усилительные каскады на составных транзисторах
- •3.5.1. Общие сведения
- •3.5.2. Резисторный каскад на составном транзисторе
- •3.6. Усилительные каскады с динамическими нагрузками
- •4. Устойчивость операционных усилителей
- •4.1. Устойчивость многокаскадного усилителя постоянного тока
- •4.2. Условия устойчивости операционных усилителей
- •4.3. Коррекция ачх операционных усилителей
- •4.4. Косвенные признаки относительной устойчивости
- •4.5. Влияние емкости нагрузки и входной емкости на устойчивость оу
- •4.6. Частотная коррекция в цепи ос
- •5. Обработка аналоговых сигналов операционными усилителями
- •5.1. Инвертирующий усилитель
- •5.2. Неинвертирующий усилитель
- •5.3. Суммирующий усилитель
- •5 .4. Дифференциальный усилитель
- •5 .5. Интегратор
- •5.5. Дифференциатор
- •5.7. Логарифмирующие и антилогарифмирующие усилители
- •6. Перемножители напряжений
- •Общие сведения
- •6.2. Перемножители с переменной крутизной
- •6.3. Интегральные перемножители и их параметры
- •Особенности применения интегральных перемножителей
- •7. Компараторы напряжения
- •7.1. Назначение, параметры
- •7.2. Особенности применения полупроводниковых компараторов
- •7.3. Специализированные компараторы на операционных усилителях
- •Однопороговые компараторы
- •Регенераторные компараторы
- •Двухпороговые компараторы
- •8. Литература
2. Режимы работы и цепи питания усилительных элементов
2.1. Режимы работы усилительных элементов
2.1.1. Режим а
УЭ в каскаде может работать в различных режимах по постоянному току. Произведем сравнение этих режимов по коэффициенту гармоник и коэффициенту полезного действия (КПД).
Режимом А называют такой режим, при котором ток в выходной цепи УЭ течет в течении всего периода сигнала и крайние положения рабочей точки не выходят за пределы прямолинейной части ДХ.
Д ля обеспечения такого режима для гармонического или импульсного двухполярного сигналов необходимо точку покоя выбирать на середине линейного участка используемой ДХ (рис.2.1). В силу этого, а так же из-за ограничения величины входного сигнала ( на рис.2.1), форма выходного тока практически будет повторять форму входного напряжения. Таким образом, основным достоинством режима А является малые нелинейные искажения.
О
Рис.2.1. Диаграмма
работы транзистора в режиме А
, (2.1)
где (2.2)
- мощность первой гармоники выходного сигнала; - амплитуды первых гармоник выходного напряжения и выходного тока;
(2.3)
- мощность потребляемая от источника питания коллекторной цепью транзистора.
С учетом (2.1), (2.2) и (2.3), получим
(2.4)
где (2.5)
- коэффициент использования выходного напряжения;
(2.6)
- коэффициент использования выходного тока.
Так как вне зависимости от режима работы, а в режиме А и то в режиме А
Таким образом, в режиме А максимальный КПД не превышает 50%, в силу чего он нашел применение, в основном, в каскадах предварительного усиления и практически не используется в выходных каскадах.
2.1.2. Режим в
Режимом В называют такой режим, при котором ток в выходной цепи УЭ существует в течение половины периода сигнала.
Д ля осуществления такого режима необходимо рабочую точку (точку покоя) выбрать на нижнем конце идеализированной (спрямленной) ДХ (рис.2.2), для чего во входную цепь подают небольшое напряжение смещения. Из рис.2.2 следует, что в случае идеальной ДХ и подаче на вход косинусоидального напряжения, ток в выходной цепи прекратится в точке
Угол, соответствующий моменту прекращения выходного тока, называют углом отсечки и обозначают через
В идеальном режиме В угол отсечки а выходной ток существует в течение половины периода.
В действительности, из-за нижнего изгиба ДХ (рис.2.2) ток покоя в режиме В не равен нулю, а составляет 3…15% от максимального значения а угол отсечки немного превышает . Такой режим называют обычным режимом АВ, подчеркивая этим его промежуточное положение между режимом А и идеальным режимом В.
Для выяснения свойств идеального режима В разложим выходные импульсы тока в ряд Фурье
(2.7)
где - среднее значение (постоянная составляющая) выходного тока; - гармонические составляющие этого тока. Как и в режиме А, КПД в режиме В описывается выражением (2.4), только коэффициент использования выходного тока (как уже отмечалось ранее, для любого режима ). Поэтому для режима В
(2.8)
Таким образом, максимальный КПД в режиме В в 1,57 раза превышает аналогичный показатель в режиме А за счет лучшего использования УЭ по току. Это является достоинством данного режима, которое и объясняет его широкое применение в выходных каскадах усилителей мощности, где вопросы экономичности работы выходят на первый план.
К недостаткам режима В следует отнести высокий уровень нелинейных искажений. Действительно, если учесть только вторую и четвертую высшие гармоники, то будет равен Поэтому режим В нельзя применять в обычных однотактных апериодических усилителях. В этом случае выходные каскады нужно строить по двухтактным схемам, которые компенсируют четные гармоники (вторую, четвертую и т.д).