10. Нагрузочные характеристики и выбор рабочей точки.

Нагрузочная характеристика представляет собой зависимость Еном =f(IB) при IЯ=const, п=пном. Рекомендуется снять характеристику при номинальном значении тока якоря.

Снятие нагрузочной характеристики генератора независимого возбуждения производится следующим образом: регулируя ток возбуждения реостатом RB и ток в обмотке якоря нагрузочным реостатом RНГ, устанавливают U = Uном при номинальном токе якоря. Полученная точка является исходной. Затем уменьшают ток возбуждения с таким расчетом, чтобы при изменении напряжения в пределах от Uном до 0,4 Uном снять 4-5 точек, поддерживая постоянным ток якоря. Изменять ток возбуждения следует только в одном направлении.

Для сопоставления и дальнейших построений нагрузочную характеристику удобно построить на одном графике с нисходящей характеристикой холостого хода. Нагрузочная характеристика (рис. 1.2, кривая 2) располагается ниже характеристики холостого хода из-за падения напряжения в цепи якоря и размагничивающего действия реакции якоря, уменьшающей магнитный поток и ЭДС машины.

Составляющую тока возбуждения Iqd,ном, пропорциональную размагничивающей МДС реакции якоря, находят из следующего построения (рис. 1.2): от точки А нагрузочной характеристики, соответствующей номинальному напряжению, откладывают отрезок AB = Iном (RЯ + RД ) + ΔUщ. Затем через точку В проводят горизонтальную линию до пересечения с характеристикой холостого хода (точка С). Отрезок ВС в масштабе тока возбуждения равен Iqd,ном. Отрезок BD соответствует уменьшению магнитного потока и ЭДС, наводимой в обмотке якоря из-за размагничивающего действия поперечной реакции якоря. Полученный треугольник ABC называется характеристическим. Проделав подобные построения для ряда точек нагрузочной характеристики, можно построить зависимость Iqd от тока возбуждения IB, из которой видно, что при уменьшении насыщения магнитной цепи (уменьшении тока возбуждения) размагничивающее действие поперечной реакции якоря (катет ВС) уменьшается.

11. Стабилизация рабочей точки.

ление схемы, но и за счет отрицательной обратной связи стабилизирует рабочую точку транзистора при изменении окружающей температуры. Вы уже знаете, что обратный ток коллектора сильно зависит от окружающей температуры, увеличиваясь примерно в два раза при увеличении температуры на каждые 10°. Поэтому стабилизация рабочей точки в транзисторных схемах очень важна.

Пожалуй, самым эффективным способом температурной стабилизации транзисторного усилителя является способ, показанный на рисунке 42, а. Сопротивление базы /?б подключается не к источнику питания Ек, а к сопротивлению нагрузки /?н. Допустим, окружающая температура увеличилась. Тут же увеличится ток коллектора. Одновременно увеличится падение напряжения на сопротивление нагрузки #н. В результате уменьшится напряжение между коллектором и базой, а следовательно, и ток базы, поскольку в схеме рисунка 42, а он равен напряжению коллектор - база, деленному на сопротивление базы #б. Последнее вызовет уменьшение коллекторного тока, и тем самым обеспечится стабилизация рабочей точки транзистора.

Схема транзисторного усилителя, показанная на рисунке 42, б, за счет включения цепочки /?э Св обеспечивает стабилизацию рабочей точки транзистора по постоянному току, не уменьшая коэффициента усиления.

Имеется, конечно, еще очень много различных схем

Рис. 42. Схема транзисторного усилителя с температурной етабилизацией.

12. Каскад с общей базой.

Усилительный каскад с общей базой (ОБ) — одна из трёх типовых схем построения электронных усилителей на основе биполярного транзистора. Характеризуется отсутствием усиления по току (коэффициент передачи близок к единице, но меньше единицы), высоким коэффициентом усиления по напряжению и умеренным (по сравнению со схемой с общим эмиттером) коэффициентом усиления по мощности. Входной сигнал подаётся на эмиттер, а выходной снимается с коллектора. При этом входное сопротивление очень мало, а выходное — велико. Фазы входного и выходного сигнала совпадают.

Особенностью схемы с общей базой является минимальная среди трёх типовых схем усилителей «паразитная» обратная связь с выхода на вход через конструктивные элементы транзистора. Поэтому схема с общей базой наиболее часто используется для построения высокочастотных усилителей, особенно вблизи верхней границы рабочего диапазона частот транзистора. Достоинствами схемы являются стабильные температурные и частотные свойства, то есть параметры схемы(коэффициент усиления напряжения, тока и входное сопротивление) остаются неизменными при изменении температуры окружающей среды. Недостатками схемы являются малое входное сопротивление и отсутствие усиления по току.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1]

Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов (для мощных - ещё меньше), так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства:

Хорошие температурные и частотные свойства.

Высокое допустимое напряжение

Недостатки схемы с общей базой :

Малое усиление по току, так как α < 1

Малое входное сопротивление

Два разных источника напряжения для питания.

Каскад с общей базой (рис. 2).

Входное сопротивление каскада.

Рис.2. Схема резисторного каскада с ОБ

Выходное сопротивление

где

Коэффициент усиления для области средних частот определяется по формуле (6), а коэффициент усиления по ЭДС

13.Каскад с общим эмиттером.

При схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу, а снимается с коллектора. При этом выходной сигнал инвертируется относительно входного (для гармонического сигнала фаза выходного сигнала отличается от входного на 180°). Каскад усиливает и ток, и напряжение. Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, поэтому наиболее распространено. Однако при такой схеме нелинейные искажения сигнала значительно больше. Кроме того, при данной схеме включения на характеристики усилителя значительное влияние оказывают внешние факторы, такие как напряжение питания, или температура окружающей среды. Обычно для компенсации этих факторов применяют отрицательную обратную связь, но она снижает коэффициент усиления.

Описание

Биполярные транзисторы управляются током. В схеме с ОЭ — током базы. Напряжение на переходе база-эмиттер при этом остаётся почти постоянным и зависит от материала полупроводника, для германия около 0,2 В, для кремния около 0,7 В, но на сам каскад подаётся управляющее напряжение. Ток базы, коллектора и эмиттера и другие токи и напряжения в каскаде можно вычислить по закону Ома и правилам Кирхгофа для разветвлённой многоконтурной цепи.

Токи в транзисторе связаны нижеследующими соотношениями:

по правилу Кирхгофа для узлов алгебраическая сумма всех трёх токов ( ) равна нулю

, где

— коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером,

— коэффициент передачи тока эмиттера.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iб=Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1]

Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iб

Достоинства:

Большой коэффициент усиления по току

Большой коэффициент усиления по напряжению

Наибольшее усиление мощности

Можно обойтись одним источником питания

Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки:

Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой.

Усилительный каскад с общим эмиттером

При положении рабочей точки в середине входных величин на проходной характеристике каскад с ОЭ имеет одно центральное устойчивое состояние, отклонения от центрального состояния и крайние состояния — неустойчивы, каскад при этом является усилителем гармонических сигналов.

[править]

Переключательный каскад с общим эмиттером

При смещении рабочей точки в одно из двух крайних состояний на проходной характеристике каскад с ОЭ имеет два устойчивых крайних состояния и неустойчивое центральное состояние, каскад при этом является переключательным, работает в ключевом режиме, как реле (закрыт, открыт) и применяется как инвертор в логических элементах. Как и контактные группы реле, переключательные каскады могут быть нормально закрытыми (разомкнутыми) и нормально открытыми (замкнутыми), это определяется положением рабочей точки на проходной характеристике.

Каскад с общим эмиттером (рис. 1).

Входное сопротивление каскада

где сопротивление в цепи базы

входное сопротивление транзистора

Значения h21э и rб'э определяют из справочников, y = 25 В-1 для кремниевых транзисторов.

Рис.1. Схема резисторного каскада с ОЭ и эмиттерной стабилизацией

Ток коллектора определяет выбранный режим работы транзистора по постоянному току.

Глубина местной ОС по току у каскада ОЭ (рис. 1), используемой для эмиттерной стабилизации,

Сопротивление нагрузки рассматриваемого каскада для переменного тока

Коэффициент усиления для области средних частот

а коэффициент усиления по ЭДС