Общие сведения. Тема 2.4 Резистивный каскад предварительного усиления

Тема 2.4 Резистивный каскад предварительного усиления

ЛЕКЦИЯ 22.

Подача питания и смещения на электроды усилительного элемента. Стабилизация режима работы

Схемы каскадов, изучаемых в данной лекции, широко применяются в аппаратуре радиосвязи, радио и проводного вещания, телевидения многоканальной связи, каналообразующей телеграфной аппаратуре, аппаратуре передачи данных.Учебный материал данной лекции будет использован во всех учебных дисциплинах, где изучается данная аппаратура.

Состояние, в котором находится УЭ при отсутствии на его входе усиливаемого сигнала, называется состоянием покоя. Постоянные то­ки и напряжения в цепях УЭ, соответствующие состоянию покоя, на­зывают токами и напряжениями покоя; они определяют на входной и выходной статических характеристиках УЭ точку покоя. Положение точки покоя характеризует режим работы УЭ по постоянному току.

Токи и напряжения покоя УЭ устанавливают подачей соответствую­щих постоянных напряжений (или токов) от источника питания (ИП). Для обеспечения требуемого режима работы на УЭ обычно подается два напряжения: между эмитирующим и управляющим электрод(смещение) и между эмиттирующим и управляемым электродами (вы­ходное постоянное напряжение).

Требуемый режим работы УЭ обеспечивается в усилительном кас­каде с помощью специальных цепей питания. Имеется два варианта получения выходного постоянного напряжения УЭ: включение источ­ника питания последовательно (рисунок2.17а) и параллельно (рисунок 2.17б) с нагрузкой.

Рисунок 2.17 — Схемы подачи питания: а)последовательная; б)параллельная

Та часть цепей питания, которая обеспечивает подачу на УЭ на­пряжения или тока смещения, называется цепями смещения. На практике лучше питание всех его цепей (за исключением цепей накала) осуществлять от одного общего источника постоянного напряжения, так как чаще всего выходное напряжение УЭ во много раз больше напряжения смещения, которое в этом случае можно полу­чить с помощью обычных делителей напряжения.

Схема усилительного каскада со смеще­нием фиксированным током базы показана на рисунке 2.18(а). Сопротивление R_Б выбирается во много раз больше сопро­тивления по постоянному току между коллектором и базой транзисто­ра. Напряжение U_б.э0<<E, поэтому I_б0=(E-U_б.э0)/R_б ≈ E/R_б

Схема усилительного каскада со смеще­нием фиксированным напряжением база— эмиттер показана на рисунке 2.18(б). Необходимое напряжение смеще­ния U_б.э0 обеспечивается с помощью делителя напряжения R1 и R2 в цепи базы. Из схемы рисунок 2.18(б) следует E=I_ДR₂+I_ДR₁+I_б0R₁, где I_Д — ток делителя. Поэтому U_б.э0=(ER₁)/(R₁+R₂), так как I_Д>I_б0.

Рисунок 2.18 – Схемы усилительных каскадов: со смещением фиксированным током базы (а), со смещением фиксированным напряжением(б)

Цепи смещения с температурной компен­сацией. В схемах с температурной компенсацией (рисунок 2.19) в це­пях смещения используются термокомпенсирующие элементы: терморезисторы R_T или полупроводниковые диоды.

Рисунок 2.19— Цепи смещения с температурной компенсацией:

а - терморезистором; б - диодом

В качестве терморезистора могут быть использованы непроволоч­ные резисторы с отрицательным температурным коэффициентом. С ростом температуры сопротивление терморезистора R_t(рисунок 2.19а) уменьшается, при этом напряжение смещения U_б.э0 на транзисторе снижается, что вызывает уменьшение I_к0.

При использовании для температурной компенсации полупровод­никового диода (рисунок2.19б) повышение температуры вызывает умень­шение прямого сопротивления диода, что приводит к уменьшению сме­щения, при этом возрастание I_к0 компенсируется.

Цепи смещения с отрицательной обрат­ной связью. Общим для схем стабилизации с ООС является то, что в усилительном каскаде создается специальная цепь обратной связи по постоянному току, благодаря которой с ростом (или уменьше­нием) тока I_к0 при температурных колебаниях или при смене транзи­стора смещение на транзисторе уменьшается (или увеличивается), что в значительной степени компенсирует изменения тока I_к0.

Простейшей из схем стабилизации точки покоя с помощью отри­цательной обратной связи является схема коллекторной стабилиза­ции.

На рисунке2.20 показана схема коллекторной стабилизации при включении транзистора по схеме с ОЭ (коллекторную стабилизацию можно применять и при включении транзистора по схемам с ОК и ОБ).

Типовая схема питания усилителя на полевом транзисторе с PN- переходом и N -каналом при включении по схеме ОИ показана на рисунке2.21.

При N -канале на затвор транзистора, как правило, подается от­рицательное напряжение смещения, при этом PN- переход закрыт и постоянный ток в цепи затвора отсутствует. По этой причине потен­циал затвора равен потенциалу общего провода, а потенциал истока транзистора относительно общего провода положителен и больше на значение напряжения U_{R ист} на резисторе R _ист. Напряжение U _Rист= I _и0 R _ист, где I _и0 – ток истока транзистора в рабочей точке. Следо­вательно, между истоком и затвором в схеме рисунок 2.21 действует от­рицательное U _з.и0= U _Rист.

Выводы: 1.Для обеспечения требуемого режима работы усилительных элементов необходимо иметь, по крайней мере, два напряжения между эмитирующими и управляющими электродами(смещение). 2. Создание напряжения смещения, как правило, осуществляется от общего источника питания. 3. Изменение температуры коллекторного перехода биполярных транзисторов приводит к изменению тока I_кб0, что вызывает смещение точки покоя, которое особенно проявляется в каскадах, где транзисторы включены по схеме с общим эмиттером, поэтому такие каскады требуют обязательной стабилизации режима работы. 4. Стабилизация режима работы может осуществляется за счет отрицательной обратной связи по напряжению, по току или за счет комбинированной обратной связи. 5. В некоторых случаях применяют термокомпенсацию точки покоя включением термозависимых сопротивлений

Контрольные вопросы:

1. Как будет меняться выходное напряжение усилительного элемента при изменении выходного тока в нагрузочном режиме?

2. В каком случае при наличии нагрузки в выходной цепи напряжение U_КЭ = E_К ?

3. Каким должно быть соотношение между током покоя I_К0 и амплитудой переменного тока I_{К m,} чтобы получить наименьшие искажения формы тока?

4. Какова роль источника питания усилительного элемента в процессе усиления сигналов?

5. Каково назначение напряжения смещения в процессе усиления электрических сигналов?

6. Как зависит ток покоя от положения точки покоя на характеристике данного прибора и как это отразится на КПД?

7. Поясните принцип подачи напряжения смещения фиксированным током базы и напряжением база-эмиттер.

8. Назовите причины нестабильности.

9. Дайте краткую характеристику методам стабилизации режима работы транзисторного каскада.

ЛЕКЦИЯ 23. Принцип построения и работы резистивного каскада, назначение элементов, токопрохождение.

Схемы каскадов, изучаемых в данной лекции, широко применяются в аппаратуре радиосвязи, радио и проводного вещания, телевидения многоканальной связи, каналообразующей телеграфной аппаратуре, аппаратуре передачи данных.

Учебный материал данной лекции будет использован во всех учебных дисциплинах, где изучается данная аппаратура.

Назначение КПУ(каскад предварительного усиления) — повысить уровень сигнала, создаваемого ис­точником, до уровня, необходимого для нормальной работы оконечно­го или предоконечного каскадов.

В качестве КПУ используют резистивные каскады, нагрузкой которых является активное сопротивление.

Построение эквивалентных схем. Для нахождения основных пока­зателей КПУ необходимо построить его эквивалентную схему. Экви­валентная схема усилительного каскада — это электрическая схема, состоящая из необходимого числа простых элементов (сопротивлений, конденсаторов, индуктивностей). Для переменного тока эквивалентная схема равноценна (эквивалентна) рассматриваемому каскаду.

Рисунок 2.22- Струк­турная схема усилителя

Исходным для построения эквивалентной схемы является струк­турная схема всего усилителя; часть ее, включающая первые два КПУ, показана на рисунке 2.22. Каскады делят как бы по середине на выходную и входную части усилительных элементов (УЭ).

Дата добавления: 2014-11-16