Математика Курс лекций по информатике Машиностроительное черчение Решение задач по физике Теоретические основы электротехники Сопротивление материалов История искусства Ядерные реакторы
Стабилизаторы напряжения усилители низкой частоты Введение в цифровую электронику Метод узловых и контурных уравнений Метод контурных токов Расчёт трёхфазной цепи Примеры выполнения курсовой работы

Теория электрических цепей (основы электротехники)

 Резистивные усилители низкой частоты

 Передаточная характеристика позволяет рассмотреть различные режимы работы усилительного каскада (классы усиления). При работе в классе «В» напряжение   (см. рис.14.1б). На выход передается сигнал только одной полярности. При подаче на вход двухполярного сигнала часть информации будет потеряна.

 При работе в классе «А» напряжение . Здесь Uсм - напряжение смещения, постоянная величина, не зависящая от Uвх. Когда Uвх= 0, Uбэ = Uсм. Такой режим называют режимом покоя, а токи Iб, Iк и напряжения Uбэ и Uкэ называют токами и напряжениями покоя и обозначают Iбп; Iкп; Uбэп; Uкэп. Напряжение смещения Uсм выбирают так, чтобы рабочая точка транзистора Т находилась в середине линейного участка II. В этом случае любое приращение входного напряжения  вызовет пропорциональное инверсное приращение выходного напряжения , где КU - коэффициент усиления.

 При работе в классе D на вход каскада подается большой сигнал (пунктир на рис. 14.1). Передаваемый сигнал ограничивается сверху и снизу. Такой режим широко применяется в импульсной технике.

 Чтобы обеспечить усиление каскада в классе А, на базу транзистора необходимо подать напряжение смещения Uсм. Это обеспечивают специальные схемы, которые называют схемами смещения. Рассмотрим наиболее часто применяемые схемы.

  Схема смещения с фиксацией тока базы (рис. 14.2а). Фиксация тока базы Iб достигается, когда в цепь базы включается резистор Rб с большим сопротивлением.

 Для цепи базы справедливо равенство

.

  Отсюда

 . (14.1)

 В (14.1)  и им можно пренебречь.

 Из (14.1) следует, что ток покоя базы определяется величиной внешнего сопротивления Rб , не зависит от параметров транзистора и является фиксированной величиной.

 Схема с фиксацией напряжения базы (рис.14.2б). Для цепи базы в этой схеме справедливо равенство

.

  Отсюда

 , (14.2)

 где  - ток делителя.


Чтобы напряжение смещения Uбэ не зависело от параметров входной цепи транзистора, ток делителя Iд необходимо выбирать значительно больше тока базы Iб. Обычно . Тогда

   (14.3)

и не зависит от тока базы. Большое значение тока делителя  приводит к необходимости дополнительных затрат энергии источника питания. Это недостаток схемы.

 Общим недостатком рассмотренных схем является зависимость режима работы транзистора от температуры окружающей среды (температурные изменения токов базы и коллектора, коэффициента передачи тока базы β). Для устранения температурной зависимости в цепь смещения можно включить элементы коррекции, сопротивление которых зависит от температуры, например терморезистор или диод. Значительно чаще применяют схемы стабилизации с отрицательной обратной связью (ООС).

 Рассмотрим наиболее широко применяемую схему стабилизации с ООС по току в цепи эмиттера (14.2в). В качестве элемента ООС используется резистор . Сопротивление участка база - эмиттер транзистора,  и  образуют замкнутый контур. Для этого контура справедлив второй закон Кирхгофа, согласно которому

.

Отсюда

  . (14.4)

 Выражение (14.4) раскрывает физику стабилизирующего действия ООС. Так если под воздействием дестабилизирующего фактора ток базы Iб начнет возрастать, то увеличится и ток эмиттера , а значит и . Но это приведет к уменьшению напряжения Uбэ настолько, чтобы ток базы принял прежнее значение. ООС всегда препятствует любому изменению тока эмиттера, а значит и тока базы тем эффективнее, чем больше значение Rэ. Это значит, что ООС будет препятствовать приращению тока коллектора под воздействием входного сигнала, резко уменьшая коэффициент усиления каскада. Чтобы устранить этот недостаток параллельно Rэ включают емкость Сэ. Значение емкости выбирают из условия  на минимальной частоте сигнала. В этом случае переменная составляющая (сигнал) будет замыкаться по Сэ, а медленно изменяющиеся составляющие температурной нестабильности - по Rэ. Каскад сохраняет высокий коэффициент усиления и стабильность свойств в широком диапазоне температуры окружающей среды.

  К основным параметрам усилительных каскадов относятся входное Rвх и выходное Rвых сопротивления, коэффициент усиления по напряжению КU и др. Значение параметров, как правило, определяют по переменной составляющей в классе усиления А. Для переменной составляющей сопротивление источника Ек равно нулю (т.е. его зажимы 1 - 1' закорачиваются). Сопротивление Rэ также равно нулю, так как резистор закорочен емкостью Сэ.

  Для оговоренных условий входное сопротивление каскада на рис. 14.2в определим по закону Ома

.

Но , где Rэб - эквивалентное сопротивление входной цепи, составленное из параллельно включенных R2 и Rбэ, т.е.

 . (14.5)

 Величина Rбэ для маломощных транзисторов порядка 103 Ом. Величина R2 порядка нескольких сотен Ом. Значит величина Rвх схемы рис. 14.2в мала. Это ужесточает требования к мощности источника сигнала, т.е. мощность источника должна быть достаточно большой.

  Резистор Rк по переменной составляющей оказывается включенным параллельно Rкэ и Rн. Значение Rкэ порядка 104 Ом. Значение Rк - порядка 103 Ом. Пренебрегая величиной Rкэ получим Rвых » Rэ, где

   . (14.6)

Коэффициент усиления по напряжению

 . (14.7)

Применяя к (14.7) выражения (14.5) и (14.6), получим

 , (14.8)

где:  - коэффициент усиления по напряжению в режиме холостого хода;

  - коэффициент потерь сигнала в выходной цепи каскада.

Последнее выражение показывает, что коэффициент усиления каскада по схеме с общим эмиттером зависит от параметров нагрузки.


Расчет методом узловых потенциалов