Лекция 10. Лекция 10. Режимы работы усилительного элемента
 Скачать 60.5 Kb.
|
|
Лекция 10. Режимы работы усилительного элемента. Режим работы усилительного элемента характеризуется его рабочей точкой. Под рабочей точкой понимают совокупность постоянных токов и напряжений на выводах активного элемента при отсутствии переменного сигнала. Положение рабочей точки определяется: а. Назначением усилителя; б. Полярностью сигнала; в. Диапазоном его усиления. В зависимости от величины входного сигнала рабочую точку выбирают следующим образом: 1.При малых входных сигналах (когда Uкэт<мах, fmax – максимального и максимального диапазона усиливаемых частот. Чаще всего за рабочую точку принимают токи и напряжения указанные в справочниках как номинальные. Для маломощных транзисторов ток коллектора:  2.При больших входных сигналах, когда Uкэт соизмеримо с Ек\2, рабочую точку выбирают, исходя из получения минимальных нелинейных искажений и максимального КПД. Величинами и f здесь пренебрегают. Положение рабочей точки выбирают по статическим ВАХ транзистора. В зависимости от выбора рабочей точки различают следующие классы усилителей: 1.А 2.В 3.АВ 4.С 5.D 1  ) В усилителях класса А рабочая точка выбирается на середине линейной части его передаточной характеристики. Режим класса А характеризуется:
2) В усилителях класса В рабочую точку выбирают при Uотсечки.  Режим класса В характеризуется:
3). В усилителях класса АВ рабочая точка выбирается на начале линейного участка. 4). В усилителях класса С рабочая точка выбирается за Uотсечки. Поэтому режим используется в резонансных усилителях мощности. 5). Режим класса D характеризуется тем, что усилительный элемент работает в ключевом режиме. Он либо находится в состоянии отсечки, либо насыщен. Усилительный каскад на БТ. Биполярный транзистор в усилителе работает в 2-х режимах: в статическом и динамическом.  В статическом, выходное напряжение постоянно, а динамическое изменяется. Динамические режимы используются для усиления сигнала как по напряжению так и по току. R  к – служит для преобразования тока в напряжение.Uкэ = Eк – JкRк = Eк – JкртRк – JкmRк = Uкэрт – Uкэm  “–” – означает что входной и выходной сигналы в противофазе. При большом входном сигнале:    Методы обеспечения режима работы активного элемента и его стабилизация. Для задания рабочей точки активного элемента биполярного транзистора необходимо между его выводами обеспечить определенные напряжения. Для того, чтобы биполярный транзистор находился в активном (в усилительном) режиме, необходимо чтобы коллекторный переход был смещен в обратном направлении, а эмитерный переход в прямом. Для задания рабочей точки можно использовать несимметрию источников ЭДС, но чаще обходятся одним. Решим несколько основных схем:
 Решим усилительный каскад на биполярном n-p-n транзисторе: Полярность Еп должна быть выбрана положительной для смещения в обратном направлении. Для смещения эмитерного перехода в прямом направлении достаточно вывод базы подключить через резистор Rб к Еп. Еп – питающее напряжение. Rк – сопротивление коллекторной цепи. Rб – сопротивление цепи базы, оно задает Jб.рт. Если рабочая точка известна, то Rб рассчитывается из следующего соотношения:    Для этой схемы Jк.рт=Jб.рт; Uкэ.рт=Еп-Jк.ртRk; Главное достоинство этой схемы перед остальными – ее простота, т.к. она содержит минимальное количество элементов. Эта схема имеет два существенных недостатка: 1.Сильная зависимость от температуры в положении рабочей точки. На положение рабочей точки сказываются два фактора: - От температуры сильно зависит Jk0 (тепловой ток коллекторного перехода). С увеличением температуры возрастает тепловой ток.
Оба эти фактора приводят к тому, что с возрастанием температуры Uкэ.рт уменьшается. 2.Положение рабочей точки зависит от конкретного экземпляра транзистора и связано с большим технологическим разбросом параметра .
 Rб1, Rб2 – резистивный делитель цепи базы, с помощью него задается необходимая величина Uбэ.рт. (Он делит напряжение и получает необходимое напряжение). Для того, чтобы на положение рабочей точки температура влияла слабо JB>>Jб.рт (JB – ток делителя) Основным фактором влияющим на температурную нестабильность рабочей точки является Jk0. В этой схеме с повышением температуры окружающей среды Jk0 возрастает, а Uкэ.рт уменьшается (поэтому происходит влияние на выходное напряжение). Элементы этой схемы рассчитывают следующим образом: 1.)  JD – выбирают в 5-10 раз больше JБ.РТ.2.)  3.) 
 RЭ – сопротивление эмитерной цепи, с его помощью создается отрицательная обратная связь, которая стабилизирует положение рабочей точки. С возрастанием температуры окружающей среды JК.РТ возрастает, это приводит к тому, что UКЭ.РТ уменьшается. Так происходило бы, если бы не было RЭ, а с RЭ с возрастанием температуры JК.РТ возрастает (UК.РТ должно бы уменьшаться, но) JЭ.РТJК.РТ; URЭ возрастает, UБЭ.РТ=(UБ1-URЭ) уменьшается; Уменьшение этого напряжения эквивалентно уменьшению JБ.РТ; это приводит к тому, что Jk0 уменьшается, UКЭ.РТ=const. CЭ – конденсатор эмитерной цепи – устраняет обратную отрицательную связь по переменному сигналу в рабочем диапазоне частот. Его величина выбирается из условия:  Н – нижняя граница диапазона частот; Схема включения полевого транзистора в усилительном каскаде. Решим схему на примере n-канального транзистора с управляющим p-n-p переходом: П  ри рисовании схемы но полевом транзисторе нужно помнить следующее:1).Полярность питающего напряжения выбирается так, чтобы основные носители канала двигались к стоку. 2).Для управления выходным током, напряжение, подаваемое на затвор n-канального транзистора с управляющим p-n-p переходом, должно быть отрицательным, т.е. переход должен быть смещен в обратном направлении. UU.РТ=JС.РТRU; Cp – конденсатор разделительный (разделяют, закрывают резистор). |