Усилители на биполярном транзисторе

Схема усилителя на биполярном транзисторе приведена на рис. 6.7, а. В этой схеме сопротивления R₁ и R₂ задают режим покоя (П) каскада, при котором в транзисторе протекают только постоянные токи покоя базы I_б.п, коллектора I_к.п и эмиттера I_э.п. Также на базе, коллекторе и эмиттере действуют постоянные напряжения покоя U_б.п , U_к.п , U_э.п .

Емкости С₁ и С₂ — разделительные. Емкость С₁ препятствует протеканию постоянного тока с делителя R₁ R₂, а емкость С₂ препятствует прохождению постоянного напряжения на сопротивле-

 

 

 

ние R_н (на котором будет переменная составляющая коллекторного напряжения). Сопротивление R_э определяет ток покоя через транзистор при заданном напряжении U_б.п. Это сопротивление для переменного сигнала является отрицательной обратной связью, предназначенной для стабилизации режима покоя транзистора при изменении его температуры. Например, при увеличении из-за роста температуры тока коллектора покоя I_к.п возрастают ток эмиттера покоя I_э.пи падение напряжения на сопротивлении R_э, поскольку

U_э.п = I_э.п R_э.

Так как напряжение U_б.пфиксировано делителем R₁ R₂, то с увеличением U_э.ппроисходит закрывание транзистора, что приводит к уменьшению коллекторного тока. Происходит автоматическая балансировка режима работы транзистора в режиме покоя.

Введение сопротивления R_э изменяет работу каскада и при усилении переменного входного сигнала. Переменный ток эмиттера создает на этом сопротивлении падение напряжения U_э.= I_э. R_э, которое уменьшает усиливаемое напряжение. Коэффициент усиления каскада

 

 

Для исключения протекания переменного тока через сопротивление Rэего необходимо шунтировать сопротивлением Сэ, при наличии которого общее сопротивление в цепи эмиттера

 

Расчет параметров каскада в режиме покоя по постоянному току проводят графоаналитическим методом с использованием статических входных и выходных вольт-амперных характеристик (рис. 6.7, б, в).

Для определения параметров выходного сигнала в динамическом режиме усиления сопротивление нагрузки R_н подключается параллельно сопротивлению R_k. Тогда общее сопротивление в цепи коллектора R_к.о= R_к R_н / (R_к + R_н ).При этом следует учитывать, что Х_С2 = 0.

Сопротивление R_к > R_к.о , поэтому нагрузочная прямая (см. рис. 6.7, б) проходит по линии С Д.

Рассмотренный каскад дает ограниченное усиление из-за того, что сопротивление R_к определяет рабочую точку на выходных характеристиках по постоянному току с учетом допустимых нелинейных искажений. С увеличением R_кнелинейные искажения увеличиваются.

Усилители напряжения на полевом транзисторе

Схема усилителя на полевом транзисторе приведена на рис. 6.8, а, а его эквивалентная схема показана на рис. 6.8, б. Емкость С_о является здесь входной емкостью второго каскада.

По эквивалентной схеме можно рассматривать работу усилителя на различных частотах. В средней части частотного диапазона от 200 до 3000 Гц сопротивление емкости С₀ достаточно большое, и оно не шунтирует сопротивления R_с и R₁поэтому общее сопротивление в стоке транзистора

 

 

Коэффициент усиления каскада

 

 

где I_c - ток в стоке транзистора; µ— статический коэффициент

 

 

усиления полевого транзистора; а = R_i / R_о.с — коэффициент нагрузки.

 

 

При Ri > > R1, R1 > > Rc можно считать R1 / Rc > > [1 + Ri / R1], и тогда коэффициент усиления в средней части частотного диапазона

 

 

где S — крутизна характеристики полевого транзистора.

Частотная характеристика рассматриваемого усилителя приведена на рис. 6.8, в.

Для увеличения коэффициента усиления выбирают большее сопротивление R_с, но при этом уменьшается частотный диапазон усилителя, поэтому для полевых транзисторов принимают R_с = (0, 01...0, 25) R_i.

Сопротивление R_i должно быть в 5... 10 раз больше R_с, но при этом оно не должно превышать 2 МОм, так как в этом случае на нем создается напряжение смещения за счет токов утечки затвора. Кроме того, с увеличением номинала резистора R_с снижается эффективное напряжение сток—исток.

Операционные усилители

Операционные усилители (ОУ), широко применяемые в электронной аппаратуре за счет своей универсальности и многофункциональности, представляют собой специальные усилители постоянного тока.

Электрические схемы ОУ весьма разнообразны. Например, они могут быть с одним или двумя входами; также различают ОУ с параметрической компенсацией дрейфа нуля, преобразованием сигнала и автоматической коррекцией дрейфа нуля.

В усилителях с непосредственными связями компенсация дрейфа нуля осуществляется за счет построения входных каскадов по симметричной балансной или дифференциальной схеме.

В усилителях с преобразованием сигнала для усиления постоянной составляющей используется импульсная стабилизация типа модуляция — усиление — демодуляция.

Автоматическая коррекция дрейфа нуля может быть периодической и непрерывной.

Для ОУ принципиальное значение имеют три параметра: входное сопротивление R_вх, скорость нарастания выходного сопротивления р = Δ U_вых /Δ Т (где Δ U_вых — выходное напряжение сдвига; Δ Т — разность температур) и температурный дрейф напряжения смещения Δ U_см/ Δ Т = 1... 5 мкВ/°С. Любой из этих параметров может быть улучшен, но за счет ухудшения других.

По указанным параметрам различают ОУ:

прецизионные, предназначенные для применения в контрольно-измерительной аппаратуре;

быстродействующие для схем, где требуются широкая полоса пропускания, высокая скорость нарастания выходного напряжения и малое время установления выходного напряжения;

универсальные или средней точности;

микромощные и программируемые, в которых рабочий ток задается внешним резистором;

с высоким входным сопротивлением;

малошумящие;

многоканальные (двух-, трех- и четырехканальные);

мощные.

Прецизионные, быстродействующие, микромощные, малошумящие широкополосные ОУ относятся к классу специализированных, поскольку один или несколько параметров у них имеют значение, близкое к предельному.

Универсальные ОУ

На рис. 6.9, а приведена базовая схема двухкаскадного универсального ОУ, содержащая входной дифференциальный усилитель на транзисторах VТ1... VТ4 и второй каскад усиления с общим эмиттером — транзисторы VТ5 и VT6. На выходе схемы включен двухтактный усилитель мощности — эмиттерный повторитель. Второй каскад усиления работает как интегратор на высоких частотах, поскольку на инвертирующем входе (базе VТ5) включен конденсатор коррекции с емкостью С = 30 пФ.

Работу входного дифференциального каскада можно проиллюстрировать диаграммой распределения токов усилителя КР140УД7, показанной на рис. 6.9, б. При равенстве входных напряжений токи эмиттеров транзисторов VТ1 и VT2 равны току I₁, поэтому одинаковы и токи эмиттеров транзисторов VТЗ и VТ4. При этом полагают, что базовые токи транзисторов пренебрежимо малы. При идентичности технологических параметров токи транзисторов VТ4 и VТЗ всегда будут равны.

Такое включение транзисторов называют «зеркалом токов». Потенциал точки В (см. рис. 6.9, а) — выхода дифференциального усилителя равен примерно2U_{б - э}. Когда появляется напряжение между входами ОУ, токи эм: иттеров транзисторов VТ1 и VТ2 изменяются на значение ±U_вх /(2 х 26) мВ.

Допустим, что ток транзистора VТ1 получил приращение Δ I = = U_вх /(2 х 26) мВ. Тогда ток транзистора VТ2 должен уменьшиться на такую же величину, поскольку оба эти транзистора питаются от генератора стабильного тока.

Нагрузка «зеркало токов» удваивает изменение тока на выходе первого каскада. Действительно, в точку В поступает ток Δ I_вых1 = = -2Δ I, поскольку второе приращение Δ I есть отклик коллекторной цепи транзистора VТ4 на изменение его базового напряжения, которое, в свою очередь, вызвано приращением тока транзистора VТЗ на величину Δ I.

Далее сигнал усиливается вторым каскадом на транзисторах VТ5 и VТ6 и поступает на усилитель мощности, построенный на транзисторах VT7 и VТ8. Токи 1₁ и 1₂ каскадов ОУ стабилизируются различными по конфигурации схемами внутренней стабилизации.

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Электрометрические и измерительные усилители