Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Расчет усилителей на постоянном токе




Электронный усилитель – устройство, предназначенное для усиления напряжения, тока и/или мощности электрических сигналов. Схематично структуру усилителя можно представить (Рис. 1.8) состоящей из: маломощного источника входного сигнала Р1, источника мощности Р0, усилительного элемента У и нагрузки Р2.

Усилитель реализует под управлением источника входного сигнала передачу энергии от источника мощности к нагрузке. Ключевым элементом, регулирующим эту передачу, является транзистор: биполярный или полевой.

 
 

Использование в усилителе биполярного транзистора предполагает включение его по одной из трех возможных схем: с общим эмиттером (ОЭ), с общей базой (ОБ) или общим коллектором (ОК). На рис. 1.9 показана схема наиболее распространенного усилителя на базе биполярного транзистора – с ОЭ, т.е. эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей. Входное напряжение uвх от источника усиливаемого сигнала ес подается на усилительный каскад через разделительный конденсатор С1.

Работу усилителя с ОЭ можно проиллюстрировать с помощью вольт-амперных характеристик (ВАХ) транзистора (Рис. 1.10): входной характеристики Iб = f(Uбэ) и семейства выходных Iк = f(Uкэ) при разных токах базы.

Для коллекторной цепи усилителя на постоянном токе (Рис. 1.9) можно записать: Uкэк - RкIк. Графическим решением этого уравнения является прямая, представленная на семействе выходных ВАХ и называемая линией нагрузки по постоянному току. Её можно построить по двум точкам: соответствующей режиму холостого хода (координаты точки Iк=0 и Uкк) и короткого замыкания (координаты точки Iкк/Rк и Uк=0). Точки пересечения линии нагрузки с выходными характеристиками транзистора определяют ток Iк и напряжение на транзисторе Uкэ при любом заданном значении тока базы Iб. Конкретное значение данных параметров (координат) задает текущее положение рабочей точки как на выходе, так и на входе усилителя.

Анализ уравнения, описывающего линию нагрузки, показывает, что наклон данной линии определяется величиной Rк. В реальных усилителях это значение колеблется в пределах от нескольких Омов до нескольких килоОмов.

В усилителе действуют, по крайней мере, два электрических источника: источник постоянной э.д.с. Ек и источник усиливаемого переменного напряжения ес. Первый из них обеспечивает требуемый режим покоя (режим работы по постоянному току), который на рис. 1.10 определяется точкой О (рабочая точка в режиме покоя), т.е. создает постоянные составляющие тока и напряжения на входе и выходе усилителя: I и U0бэ, I и U0кэ. Для усиления входных сигналов с минимальными линейными искажениями начальное положение рабочей точки целесообразно выбирать на середине линии нагрузки, т.е. с координатами

U0кэ» Ек/2; I» (Ек/2)/Rк. (1.8)

При этом

I» I/h21э, (1.9)

а U0бэ» 0.3 В для германиевых и U0бэ» 0.7 В для кремниевых транзисторов.

Конденсатор С1 включен на входе усилителя для того, чтобы:

· не пропускать постоянную составляющую усиливаемого сигнала на вход усилителя;

· не создавать постоянной составляющей тока в источнике усиливаемого сигнала ес за счет действия источника питания Ек.

Разделительный конденсатор С2, в свою очередь, задерживает постоянную составляющую коллекторного напряжения и пропускает в нагрузку усилителя только переменную составляющую напряжения u к, являющуюся выходным напряжением усилителя.

Задание постоянных составляющих токов и напряжений на входе и выходе усилителя реализуется двумя основными способами:

· фиксированным напряжением база-эмиттер (Рис. 1.11);

· фиксированным током базы (Рис. 1.12).

На рис. 1.11 приведен пример использования первого способа. Схема включает на входе резисторный делитель, при этом

UR2= U0бэ=IдR2. (1.10)

Оба последних параметра заранее не фиксированы, т.е. могут выбираться произвольно. Обычно задаются значением Iд, соблюдая соотношение

Iд/I ³ 10. (1.11)

Тогда R2 = U0бэ/Iд. Учитывая, что UR1= Ек - U0бэ= (Iд + I)R1, находится требуемое значение сопротивления R1 = (Ек - U0бэ)/(Iд + I).

Для схемы на рис. 1.12 можно записать URбк-U0бэ=IRб.

Тогда Rб =(Ек - U0бэ)/I. Так как обычно Ек >> U0бэ, то в инженерных расчетах можно использовать приближенную формулу вида Rб» Ек/I.

При изменении температуры окружающей среды входная ВАХ транзистора смещается по горизонтали, а выходная – по вертикали, что приводит к смещению начального положения рабочих точек как на входе, так и на выходе усилителя. При большой амплитуде выходного сигнала указанное явление может привести к заходу рабочей точки при движении по линии нагрузки в область насыщения или отсечки, что обуславливает искажение формы выходного сигнала в виде зарезания вершин выходной синусоиды.

 

Для борьбы с данным явлением используются два основных метода:

1) термокомпенсация – на основе нелинейных элементов, параметры которых определенным образом зависят от температуры;

2) термостабилизация, базирующаяся на механизме отрицательной обратной связи (ООС).

На практике обычно используется второй метод, предполагающий включение в состав усилителя резистора Rэ (Рис. 1.13) для создания ООС. Ёе механизм иллюстрируется следующей логической цепочкой: предположим, что температура окружающей среды выросла, тогда:

­Т ® ­I0к ® I0э (так как I0к = aI0э + I0кэ) ® ­URэ = I0эRэ ® ¯U0бэ = UR2 – URэ ® ¯I0б ® ¯D I0к.

При этом предполагается, что напряжение UR2 остается практически постоянным, так как Iд >> I.

 

 

ООС не позволяет полностью устранить влияние температуры на начальное положение рабочей точки, но уменьшает его. Количественная оценка такого уменьшения производится с помощью коэффициента нестабильности коллекторного тока S:

S = DI/DIк,

где DIк – приращение тока Iк в схеме с идеальной термостабилизацией (с минимальным изменением тока Iк).

Значение S для конкретной схемы рассчитывается по формуле

, (1.12)

где Rб=R1∥R2.

 

Анализ выражения (1.12) показывает, что:

(Rб ® 0) Þ (S ® 1); (Rэ ® 0) Þ (S ® b);

(Rб ® ¥) Þ (S ® b); (Rэ ® ¥) Þ (S ® 1),

т.е. уменьшение Rб ведет к улучшению термостабилизации, а увеличение – к ухудшению. Обратный эффект оказывает на термостабилизацию величина резистора Rэ. Однако увеличение данного сопротивления ведет к увеличению номинала Ек при заданных Rк и U0кэ. Поэтому величина резистора Rэ обычно ограничивается значением 200¸300 Ом. Введение в схему Rэ предполагает, что наклон линии нагрузки (Рис. 1.10) уже определяется суммарным значением Rк+Rэ (при инженерных расчетах предполагается, что I» I), а UR2=U0бэ+U.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-07-02; Просмотров: 858; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.012 сек.