Основные свойства истокового повторителя

к_v < 1, R_вх ≈ R_см – велико, R_вых ≈ 1/S – мало

§8.15 Источники постоянного тока и напряжения

Главное свойство источника – это при нагрузке сохранять токили напряжение постоянным.

Проще всего на транзисторах реализуются источники постоянного тока.

Рассмотрим ВАХ биполярного транзистора.

Для точек А1, А2, А3 ток остается почти неизменным при увеличении напряжения коллектор-эмиттер и сопротивления нагрузки. Точки находятся в активном режиме работы транзистора и при постоянном токе базы. Для поддержания тока базы постоянным необходимо поддерживать постоянное напряжение база-эмиттер, для чего на входе устанавливают стабилитрон или делитель напряжения. То есть задавая ток базы и напряжение коллектор-эмиттер большее напряжения насыщения можно получить источник постоянного тока. Главное ограничение состоит в том, что максимально допустимые отклонения тока коллектора не должны превышать величины угла отклонения от горизонтали α.

Простейший источник тока на полевом транзисторе получается, если накоротко соединить затвор и исток, т.о. потенциал затвора равен нулю, а ток стока максимален и постоянен.

Задавать ток стока можно, изменяя сопротивление стокового резистора. При введении истокового резистора уменьшается ток стока, но он помогает задавать необходимое напряжение затвор-исток, стабилизирует работу схемы (см введение отрицательной обратной связи).

Источники постоянного напряжения

Они строятся на основе источника постоянного тока. Для этого вводится резистор с постоянным сопротивлением – эталонный резистор, R_э.

В схеме с полевым транзистором эталонный резистор задает режим для постоянного выходного сопротивления. Схема с дополнительным биполярным транзистором – эмиттерным повторителем – позволяет уменьшить выходное сопротивление и увеличить коэффициент усиления по току.

§8.16 Схема токового зеркала

Токовое зеркало – электронное устройство с одним входом и одним или несколькими выходами. Выходной ток (токи) повторяет по величине и направлению входной ток. Это источник тока, управляемый током. Рассмотрим схему:

Транзисторы VT1 и VT2 одинаковы, транзистор VT1 работает в диодном включении так как на коллекторный переход не подается напряжение, то есть U_кб=0 или если обратиться к ВАХ, то имеем границу режима насыщения и активного режима. Докажем, что токи на выходе и на входе равны:

I_к1 = I_б1 h₂₁, (1) так как транзисторы равны, то U_бэ1= U_бэ2 и следовательно I_б1 =I_б2 (2), а так же I_к1 = I_к2 (3)

По первому закону Киргофа: I_вх = I_к1 + I_б1 + I_б2, (4)

Произведем преобразования в формуле (4) используя формулы (1,2,3), получаем:

Погрешность определяется только только значением h₂₁, но т.к. h₂₁ – величина очень большая, то погрешность невелика.

Предположим, что h₂₁ = 50, тогда I_вх=I_к1 (1+1/25)=I_к·1,25, а 0,25 это 4 %.

Токовое зеркало используется для стабилизации работы усилительных каскадов, для температурной стабилизации, для замены гальванической связи, как источник тока.

§8.17 Составной транзистор

Вспомним k_v =h₂₁·R_к/R_э, т.е. величина коэффициента усиления по напряжению не зависит от коэффициента усиления по току, реально коэффициент усиления по току не более нескольких сотен и зависит от типа и технологии изготовления транзистора. Если требуется реально увеличить h₂₁ и упростить схемотехнику усилительного устройства, то этого можно достигнуть каскадным включением нескольких транзисторов. Такая схема назывется схемой Дарлингтона.

Рассмотрим на сколько увеличится коэффициент усиления по току и по напряжению, принимая что коэффициент усиления по току первого транзистора – (h₂₁)₁, а второго – (h₂₁)₂:

I_к1 = (h₂₁)₁I_б

I_к2 = (h₂₁)₂I_э1 ≈ (h₂₁)₂I_к1 (I_э=α·I_к, I_э≈ I_к), отсюда

I_к2 = (h₂₁)₁(h₂₁)₂I_б

I_вхΣ =I_к1 + I_к2 = ((h₂₁)₁ + (h₂₁)₁(h₂₁)₂) I_б = (h₂₁)₁(1+(h₂₁)₂)I_б ≈ (h₂₁)₁(h₂₁)₂ I_б, т.е. суммарное значение коэффициента усиления по току – h_Σ =(h₂₁)₁(h₂₁)₂, а суммарное значение коэффициента усиления по напряжению – k_v=h_Σ·R_к/R_э.

Для непрерывной работы на малых сигналах используется напряжение смещения Rсм.

Возможно использование приборов с разной проводимостью или на входе для принятия слабых сигналов полевой транзистор. В общем случае может быть произвольное число транзисторов.

§8.18 Дифференциальный усилитель

Одним из лучших способов уменьшения дрейфа нуля является применение сбалансированного усилителя в котором внезапные изменения напряжения в одной части усилителя уравновешиваются равными по величине, но противоположными по знаку, изменениями напряжения в другой части схемы. Эти условия выполняются в дифференциальном (разностном) усилителе. Т.е. выходное напряжение является функцией от разности входных напряжений и, если дрейф в обоих частях одинаков, то суммарный (выходной) дрейф равен нулю.

Схема иначе называется схемой с длинным хвостом так как эмиттерное сопротивление R_э очень велико – МOмы.

Схема симметричная, транзисторы равны и противоположные резисторы тоже равны. Коллекторные сопротивления и сопротивления транзисторов представляют мостовую то есть сбалансированную схему:

Рассмотрим схему дифференциального усилителя, в ней: I_э = I_э1 + I_э2, в тоже время I_э1 ≈ I_к1, I_э2 ≈ I_к2 и U_вых1 = I_к1R₄ , U_вых2 = I_к2R₅, а также I_э = I_к1 + I_к2. Коэффициент усиления по напряжению равен:

(1)

Величина тока эмиттера зависит от входных напряжений, т.е., задавая U_вх1 и U_вх2, получаем определенные значения выходных токов в зависимости от значение входных напряжений. Рассмотрим, когда в результате внешних возмущений входные напряжения получили равные приращения ∆U_вх1 = ∆U_вх2 – синфазный сигнал. Тогда согласно формуле (1) коэффициент усиления по напряжению будет стремиться к бесконечности – возможно короткое замыкание и как следствие перегорание приборов.

Для избежания синфазного сигнала используют генератор постоянного тока.

В котором ток эмиттера третьего транзистора I_э3=const и задаётся напряжением питания. Так как этот ток постоянный следовательно и его коллекторный ток постоянный, а значит и ток эмиттера двух транзисторов I_э3=const. Теперь если ∆U_вх1=∆U_вх2, то не изменяется, т.к. ∆I_к1=∆I_к2. Входные токи только по-разному распределяют I_к1 и I_к2 между выходными цепями.

ВАХ дифференциального усилителя линейна в режиме малых сигналов, так как она линейна, то невелики и искажения. Коэффициент усиления по напряжению также невелик, поэтому дифференциальные усилители используют в режиме А во входных каскадах.

§8.19 Усилители мощности

Используются в выходных каскадах многокаскадных усилителей.

Здесь могут использоваться каскады с малым выходным сопротивлением, отрицательная обратная связь по напряжению, поэтому используются двухтактные усилители в режимах А и АВ. Так же должны использоваться мощные транзисторы. Простейшая схема – на комплементарной паре.

С увеличением амплитуды входного напряжения растёт выходная мощность.

§8.21 Усиление на высоких частотах

Вспомним распределение высоких частот:

10 кГц – 100 кГц – высокие частоты звукового диапазона

100 кГц – 2 МГц – длинные и средние радиоволны

2МГц – 30 МГц – короткие волны

30 МГц – 300 МГц – метровый диапазон

300 МГц – 2 ГГц – мобильные и сотовые телефоны.

Свойства транзистора на высоких частотах определяются собственными внутренними ёмкостями транзистора, являющимися паразитными обратными связями.

Ёмкость С_бэ – переход смещён в прямом направлении, ёмкость велика. С_бэ ≈ 100 ПФ÷ 1000 ПФ. Эта ёмкость шунтирует базовый ток, уменьшая коэффициент усиления по току h₂₁.

Ёмкость С_бк << С_бэ ≈ 5 ПФ, мало влияет на h₂₁ при условии, что ток коллектора постоянный, но, ток коллектора из за внешних возмущений колеблется и С_бк сильно увеличивается из-за эффекта Миллера. Эффект Миллера заключается в том, что ёмкость, включенная между входным и выходным сигналом – С_кб выглядит с точки зрения входного сигнала, как если бы его ёмкость была большей в число раз, равное h₂₁ усилителя. А чем больше ёмкость, тем хуже частотные свойства, т.к. здесь важна скорость перезаряда (переходного процесса) Т=1/RС.

Поэтому используют или транзисторы с малой С_бк, или схему с ОБ, где С_кэ практически стремится к нулю, а чаще всего МДП транзисторы.

Контрольные вопросы ( лекции 6, 7, 8, 9, 10)

1. Понятие о классах усиления усилителей (A, B, AB, C, D).

2. От каких параметров зависит коэффициент усиления каскада на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером.

3. Почему работа транзисторного каскада в классе В сопровождается появлением значительных искажений.

4. Какие методы стабилизации режима покоя вам известны.

5. Искажения сигналов в усилителях.

6. Усилители, классификация, характеристики.

7. Обратная связь.

8. Влияние ОС на работу усилителей.

9. Коэффициент усиления усилителя не охваченного обратной связью.

10. Математическая модель усилительных устройств.

11. Усиление на высоких частотах.

12. Схема токового зеркала.

13. Дифференциальный усилитель

14. Составной транзистор.

15. Источники питания на транзисторах.

16. Усилители мощности.

17. Повторители напряжения.

18. ЛАЧХ, синтез усилительных устройств по заданной ЛАЧХ.

19. Усилительный каскад на полевом транзисторе.

Дата добавления: 2014-01-06