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)

Стабильность рабочей точки




Классификация Режимы работы

Усилители на транзисторах

 

Усилителями называются устройства, в которых маломощный входной сигнал управляет передачей значительно большей мощности от источника питания в нагрузку.

Различают усилители больших и малых сигналов. В усилителях больших сигналов амплитуды напряжения и тока сравнимы с напряжением и током источника питания. В усилителях малых сигналов амплитуды напряжения и токов много меньше напряжения и тока питания.

Усилителем мощности называется усилитель у которого мощность выходного сигнала соизмерима с мощностью потребляемой от источника питания.

Различают следующие режимы работы усилительных каскадов.

Режим А (рис. 3.1). В этом режиме ток в выходной цепи течет весь период сигнала. Режим А применяется в однотактных и двутактных каскадах, позволяет получать малые нелинейные искажения при усилении сигналов любой формы. Недостаток - малый коэффициент полезного действия (К.П.Д.).

Режим В (рис. 3.2). В таком режиме ток в выходной цепи протекает в течении половины периода сигнала. Вследствие малого среднего тока и тока покоя имеет более высокий К.П.Д. Применяется для усиления гармонических сигналов в двухтактных схемах и для усиления сигналов одной полярности в одноактных схемах. Имеет большие нелинейные искажения. Широко используется в усилителях мощности.

Режим С (рис. 3.3). Точка покоя располагается на оси входных напряжений левее пересечения линейного участка проходной характеристики с горизонтальной осью. Применяется для усиления импульсных сигналов одной полярности и прямоугольной формы, а так же в резонансных усилителях мощности. Имеет К.П.Д. до 80% выше чем у режима В.

Режим Д- ключевой режим. Усилительный каскад находится только в двух состояниях: в полностью открытом и полностью закрытом.

 

3.2. Выбор рабочей точки

 

Для выбора рабочей точки транзисторного усилителя используется семейство выходных вольт-амперных характеристик. Выбор точки покоя сводится к выбору тока коллектора IКП и напряжения UКП в режиме покоя, когда на вход усилителя не подается входной сигнал.

Для определения точки покоя используют нагрузочную прямую постоянного тока, описываемую уравнением (для схемы с ОЭ):

UКЭ=E-IКR=, (3.2.1)

где Е- напряжение питания, R=- сопротивление постоянному току, включенное в выходную цепь R==RК+RЭ.


 



Для построения нагрузочной прямой постоянного тока на горизонтальной оси откладывают напряжение питания, а на вертикальной оси- ток равный E/R= и соединяют эти две точки.(рис. 3.4).

Точки пересечения нагрузочной прямой постоянного тока со статической выходной характеристикой для заданного тока или напряжения базы называется точкой покоя.

Нагрузочная прямая переменного тока описывается уравнением:

UКЭ=UКП-DIКR~, (3.2.2)

где DIК- изменение тока коллектора, R~- сопротивление переменного тока, включенное в выходную цепь. При R~<R= нагрузочная прямая идет более круто по сравнению с нагрузочной прямой постоянного тока. Нагрузочные прямые переменного тока используют для расчета каскадов, работающих при большой амплитуде сигнала.

Для усилителей напряжения точка покоя выбирается исходя из амплитуды напряжения на коллекторе UKM и амплитуды тока коллектора IKM=UKM/, где -сопротивление нагрузки переменному току

(=RК||RН).

Рабочая точка усилителя не должна попадать в область насыщения и в область отсечки, поэтому точка покоя должна удовлетворять условиям: UКП>UКМ+UКЭmin , (3.2.3)

IKП³7, (3.2.4)

где UКЭmin- напряжение на коллекторе, соответствующее началу прямолинейного участка выходных характеристик UКЭmin=1-2В, »0.7-0.95- коэффициент запаса. При больших значениях могут возникать нелинейные искажения, а при меньших ухудшается К.П.Д.

Положение рабочей точки должно также удовлетворять условиям: UКП+UКМ<UКЭmax , (3.2.5)

UКП×IКП<PКmax . (3.2.6)

В случае малого выходного сигнала выбор рабочей точки производят с учетом зависимостей параметров транзистора от режима и из соображений экономичности. Выбирают такие IКП и UКП при которых коэффициент передачи тока h21Э и предельная частота усиления будут максимальны. Большим значениям UКП будет соответствовать малая емкость коллектора, влияющая на частотные свойства. Для повышения экономичности выбирают IКП и UКП как можно меньше. При этом необходимо, чтобы мгновенные значения тока коллектора не были меньше IКmin=0,6-0,8 мА, так как при меньших токах возрастают нелинейные искажения.

IКП>IКМ+IКmin. (3.2.7)

В усилителях мощности точка покоя выбирается с учетом максимально допустимого напряжения коллектора и максимально допустимой мощности:

UКП£ (3.2.8)

IKП=. (7.2.9)

Выбрав точку покоя усилителя определяют соответствующий ей ток базы IБП и по входным характеристикам получают напряжение базы в режиме покоя UБП.(рис. 3.5).

Полученные режимы IКП, UКП, IБП и UБП обеспечиваются соответствующими источниками и резисторами.

 

 

Смещение рабочей точки вызывает изменение характеристик транзистора, так как они зависят от режима. Нестабильность рабочей точки определяется изменением следующих параметров: теплового тока DIК0, напряжения на эмиттерном переходе DUЭБ, коэффициента усиления по току Db. Нестабильность параметров связана с изменением температуры и временным дрейфом.

Приращение коллекторного тока имеет вид:

DIK=. (3.3.1)

Можно показать, что

IK=, (3.3.2)

где RЭБ=RЭ+RБ суммарное сопротивление в контуре эмиттер-база; RЭ и RБ- эмиттерное и базовое сопротивления;

gБ=- коэффициент токораспределения- показывает какая часть тока коллектора ответвляется в базу.

Коэффициентом нестабильности называется величина:

S=. (3.3.3)

Изменения коллекторного тока будут тем меньше, чем меньше коэффициент нестабильноси.

При gБ=1 Smin=a, а при gБ=0 Smin=b.

Для получения большей стабильности необходимо стремиться к условию gБ®1. Удовлетворительные результаты дают значения RЭ/RБ=0.5-1, которым соответствует S=2-3.

Рассмотрим основные схемы обеспечивающие режим каскада в схеме с ОЭ.

На рис. 3.6 показана простейшая схема каскада с ОЭ, в которой базовый ток задается резистором RБ. Если уменьшить резистор RБ, то увеличивается ток базы, а следовательно и ток коллектора. Напряжение UКЭ при этом уменьшается, так как E=IКRК+UКЭ. В данной схеме сопротивление в эмиттере RЭ=0, поэтому gБ=0 и стабильность каскада оказывается низкой S=b.


 

 


Схема показанная на рис. 3.7 используется наиболее часто. Делитель R1, R2 определяет потенциал базы и тем самым фиксирует потенциал эмиттера, так как UЭБ»const.

Чем меньше сопротивление делителя R1, R2, тем меньше зависит потенциал базы от изменений базового тока. Вместе с тем низкоомный делитель уменьшает входное сопротивление и повышает расход мощности от источника питания. Обычно R1½½R2»RЭ или больше. Коэффициент нестабильности при этом составляет S=2-5. Сопротивление RЭ стараются выбирать как можно больше. Величина RЭ ограничивается увеличением падения напряжения IЭRЭ.

Применяется также схема показанная на рис. 3.8, в которой напряжение, питающее делитель меняется при изменении напряжения на коллекторе, а следовательно и тока IК. Увеличение IК уменьшает напряжение коллектора, снижая тем самым потенциал базы и уменьшая ток коллектора, что способствует увеличению стабильности. Получаемый выигрыш тем больше, чем меньше отношение (R1+R2)/RК. При равенстве данного отношения единице или меньше ее стабильность по сравнению с предыдущей схемой повышается в 2-3 раза. Однако низкоомный делитель снижает усиление каскада и входное сопротивление к вытекающему из него неравенству RЭ>>RБ.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 2034; 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: 0.018 сек.