Хелпикс

Главная

Контакты

Случайная статья



Лекция №22



Лекция №22

Способы подачи смещения. Термостабилизация и термокомпенсация положения рабочей точки покоя усилительного элемента. Усилители переменного тока и напряжения. Построение и работа однотактных и двухтактных каскадов усиления. Особенности построения входных и выходных каскадов. Требования, предъявляемые к входным (предварительным), предвыходным (промежуточным) и выходным (оконечным) каскадам усиления.

 

Вопросы лекции:

1. Способы подачи смещения.

2. Термостабилизация и термокомпенсация положения рабочей точки покоя усилительного элемента.

3. Усилители переменного тока и напряжения.

4. Построение и работа однотактных и двухтактных каскадов усиления. Особенности построения входных и выходных каскадов.

5. Требования, предъявляемые к входным (предварительным), предвыходным (промежуточным) и выходным (оконечным) каскадам усиления.

 

Для обеспечения необходимого режима работы транзистора, его рабочую сточку покоя смещают по нагрузочной прямой в необходимую область. Это делается с помощью определённых схемных решений. Эти схемные решения должны не только обеспечить положение рабочей точки покоя, но и удержать её там при изменении температуры окружающей среды. Дело в том, что Iокб сильно зависит от температуры. Так например, на каждое увеличение температуры окружающей среды на 10°С для кремниевых транзисторов и на 8°С для германиевых Iокб увеличивается в 2 раза. Кроме того Iокб германиевых транзисторов сам по себе велик по сравнению с кремниевыми. Этот ток направлен противоположно току смещения базы, то он достаточно сильно влияет на положение рабочей точки покоя. На рис. 22.1 приведены несколько наиболее распространённых схем подачи смещения и её температурной стабилизации.

Рис.22.1 Схемы подачи смещения на транзистор.

 

Первая схема самая простая и называется она – «подача смещения фиксированным током базы». В данной схеме ток базы определяется величиной резистора R1, который, как правило, обладает высоким сопротивлением, то есть играет роль источника тока. Эта схема обладает невысокими свойствами температурной стабилизации в пределах 0÷+40°С.

Вторая схема «коллекторная стабилизация» (см. рис.22.1,б) тоже простая имеет также один резистор, но обладает лучшими свойствами температурной стабилизации в пределах -10÷+40°С. К сожалению эта схема использует для стабилизации отрицательную обратную связь параллельную по напряжению. Эта связь работает не только по постоянному току (это полезный эффект), но и по переменному току уменьшая усиление каскада и снижая его входное сопротивление.

Третья схема (рис. 22.1,в) «схема эмиттерной температурной стабилизации» имеет наилучшие характеристики по термостабильности -60÷+60°С, но является самой сложной. Здесь также используется ООС последовательная по току. Для её устранения по переменному току резистор R4 шунтируется конденсатором.

Ещё одна схема (см.рис.22.1,г) «с термостабилизирующим диодом». В этой схеме используется диод выполненный из того же полупроводника как и транзистор и установленный так, что его температурные изменение сопротивления компенсируют влияние температуры на транзистор.

Усилителем называется устройство, которое за счёт энергии источника питания увеличивает мощность сигнала поступающего на его вход.

Усилители различают:

1. По функциональному назначению:

· усилители напряжения;

· усилители тока;

· усилители мощности.

2. По области применения:

· усилители микрофонные;

· усилители трансляционные;

· усилители измерительные;

· радиолокационные.

1. По типу активного элемента:

· ламповые;

· полупроводниковые;

· магнитные;

· диэлектрические.

2. По конструкции:

· на дискретных элементах;

· по интегральной технологии.

3. По количеству каскадов:

· однокаскадные;

· многокаскадные.

4. По типу питания:

· батарейное;

· сетевое.

5. По виду нагрузки:

· резистивная;

· трансформаторная;

· дроссельная;

· резонансная;

· динамическая.

Усилитель должен иметь определённый коэффициент усиления по напряжению, по току, по мощности, не искажать входной сигнал (частотные и нелинейные искажения), обеспечивать достаточное превышение сигнала над шумами (отношение сигнал/шум).

Для обеспечения этих условий усилители разбиваются на каскады. Каскадом называется совокупность радиодеталей обеспечивающих режим работы усилительного элемента.

Рис.22.2 Структурная схема усилителя.

 

Все каскады усилителя должны пропускать необходимую полосу частот, обеспечить заданную фазовую характеристику, заданные нелинейные искажения.

Сигнал от источника поступает на вход усилителя. Входной каскад предназначен для согласования входного сопротивления усилителя с выходными сопротивлением источника сигнала. Входной каскад вносит основную долю шумов усилителя, поэтому он должен обеспечить малые шумы, чтобы сохранить достаточную величину отношения сигнал/шум.

Корректирующий каскад устанавливается в том случае если необходимо входной сигнал изменить по форме. Например, поднять/опустить низкие/средние/высокие частоты.

Каскады предварительного усиления обеспечивают основное усиление усилителя, поэтому их может быть несколько.

Фазоинверсный каскад служит для расщепления сигнала на две противоположные фазы. Он имеет два выхода, на которых сигналы находятся в противофазе. Этот каскад устанавливается в том случае, когда выходной каскад строится по двухтактной схеме.

Выходной каскад, как правило, мощный каскад, усиливающий сигнал по мощности и обеспечивающий заданную мощность на нагрузке. Этот каскад вносит основную долю величину нелинейных искажений, а также согласовывает выходное сопротивление усилителя с сопротивлением нагрузки.

Рис.22.3. Виды нагрузок

 

На рис. 22.3 представлены каскады с основными видами нагрузок. На рис.22.3,а изображён резистивный каскад, в котором в цепи коллектора установлен активный резистор. На рис.22.3,б и в изображены дроссельный и трансформаторный каскады, в которых в цепи коллектора включены катушки индуктивности. К этому виду нагрузки будет относиться реле (катушка индуктивности, как и дроссель), резонансный контур (см. рис.22.3,г). При таком виде нагрузке главное, чтобы XL»rL.

На рис.22.3,д изображён каскад с динамической нагрузкой, в котором в цепи коллектора установлен активный элемент – транзистор. Этот элемент обладает разным статическим и динамическим сопротивлением (последнее значительно больше первого). На рис. 22.3,е и ж цепь коллектора нагружена на светодиод.

Рис. 22.4 Однотактные каскады с резистивной и трансформаторной нагрузкой.

 

Все каскады усилителей строятся по двум схемам: однотактным и двухтактным. В однотактном каскаде усилительный элемент усиливает обе полуволны синусоидального сигнала, то есть весь сигнал полностью. Поэтому он должен работать в классе А. В двухтактном каскаде используются два усилительных элемента, каждый из которых усиливает одну полуволну синусоидального сигнала, то есть часть сигнала. Усилительные элементы такого каскада работают в классе В. Конечно, усилительные элементы могут работать в классе А, и в этом случае выходная мощность будет в два раза большей, но КПД не превысит 48%.

Однотактный резистивный и трансформаторный каскады изображены на рис.22.4,а и б. Усилительные элементы обоих каскадов работают в классе А. На рис.22.4.в изображены входная и выходная характеристики транзисторов. Как видим из рис. 22.4.в, рабочая точка покоя расположена на середине нагрузочной прямой, что позволяет усиливать обе полуволны синусоидального сигнала. 

Различие расчёта каскадов состоит в выборе величины напряжения источника питания и транзистора. В резистивном каскаде величина напряжения источника питания равна напряжению E =UкэМ. Транзистор выбирается по Uкэ доп. =Кз·UкэМ , где: Uкэ доп – предельно допустимое Uкэ транзистора по справочнику, Кз – коэффициент запаса, Кз=1,3.

На рис.22.5 изображены двухтактные каскады бестрансформаторный (рис.22.4,а) и трансформаторный (рис.22.5,б).

 

Рис. 22.5. Двухтактные каскады с бестрансформаторорной и трансформаторной нагрузкой.

Вначале развития транзисторной техники двухтактные каскады преимущественно делали трансформаторными. Здесь, как и однотактном каскаде транзистор выбирается по рассчитываемой мощности рассеивания на коллекторе и Uкэ доп. =2· Кз·Uкэm.

В настоящее время большую популярность приобрёл бестрансформаторный каскад. Это произошло потому, что величины нагрузок хорошо согласуются с выходными сопротивлениями транзисторов, особенно мощных транзисторов. В этом каскаде транзистора работают как правило, в классах В и АВ.

Работа каскада.

При положительной полуволне открывается транзистор VT2 и закрывается транзистор VT3. Создаётся цепь: +E→кбэVT2→C4→Rн→- E. Ток протекающий по нагрузке заряжает конденсатор C4. При отрицательной полуволне открывается транзистор VT3 и закрывается транзистор VT2. Создаётся цепь: +C4→кбэVT3→общий пров.→Rн→-C4. В этой цепи заряженный конденсатор C4 играет роль источника питания и разряжается через транзистор VT3 и нагрузку Rн.

 

Контрольные вопросы:

1. Что называется усилителем?

2. Что называется каскадом?

3. Из каких каскадов состоит многокаскадный усилитель?

4. Для чего предназначены входные каскады и их особенности?

5. Каковы особенности построения выходных каскадов?

6. Для чего предназначены фазоинверсные каскады?

7. Какие виды нагрузок применяться в каскадах?

8. Какие особенности построения однотактных каскадов?

9. Какие особенности построения двухтактных каскадов?

 
  

© helpiks.su При использовании или копировании материалов прямая ссылка на сайт обязательна.