Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Улучшение транзисторных источников тока



Повышение напряжения UЭ

Влияние изменений напряжения UБЭ можно свести к минимуму, если установить напряжение на эмиттере достаточно большим (по крайней мере 1 В). Тогда изменение напряжения UБЭ на несколько милливольт не приведет к значительному изменению напряжения на эмиттерном резисторе.

Рассмотрим два случая: 1) ∆ UБЭ = 10 мВ, UЭ = 0, 1 В, следовательно, ; 2) ∆ UБЭ = 10 мВ, UЭ = 1 В, следовательно, . Как видно, при изменении UБЭ на 10 мВ относительное изменение напряжения UЭ во втором случае не превысит 1%.

 

Температурная компенсация

В данном варианте схемы изменение напряжения UБЭ на транзисторе Т2 компенсируется изменением напряжения на эмиттере транзистора Т1. Оба транзистора имеют аналогичные температурные зависимости. Наличие в схеме компенсации изменений UБЭ2 можно проследить следующей логической цепочкой с использованием представлений о простейшей модели транзистора:

UБЭ2→ ↑ UБ2→ ↑ UЭ1→ ↑ UБЭ1 (при UБ1 = const, заданном делителем R1, R2)

→ ↑ IБ1→ ↑ IК1→ ↑ IЭ1→ ↑ UR3→ ↓ UЭ1→ ↓ UБ2→ ↓ UБЭ2 и, наоборот,

UБЭ2→ ↓ UБ2→ ↓ UЭ1→ ↓ UБЭ1→ ↓ IБ1→ ↓ IК1→ ↓ IЭ1→ ↓ UR3→ ↑ UЭ1→ ↑ UБ2→ ↑ UБЭ2.

Здесь и далее приведены следующие условные обозначения: UБЭ1, UБЭ2 – падение напряжения на переходе база – эмиттер транзистора Т1 и Т2; UБ1, UБ2, UЭ1, UЭ2, UК1, UК2 – напряжения относительно земли на базе, эмиттере и коллекторе транзистора Т1 и Т2 соответственно; UR3 – падение напряжения на резисторе R3. Принятые условные обозначения: «↑ » – увеличение, «↓ » – уменьшение, «→ » – следовательно.

 

 

Рис. 4.11. Схема транзисторного источника тока с температурной компенсацией

 

Каскодная схема

Для данной схемы характерно то, что в цепи эмиттера транзистора Т1 включен ЭП Т2. Оба транзистора имеют одинаковые температурные зависимости.

 

 

Рис. 4.12. Каскодная схема транзисторного источника тока

 

В каскодной схеме повышена устойчивость к изменениям тока в нагрузке, в том числе вызванным изменениями напряжения UБЭ. Пусть UБ1 и UБ2 – фиксированные напряжения смещения базы для Т1 и Т2 соответственно.

Тогда наличие компенсации изменений тока в нагрузке IК1 можно проследить следующей логической цепочкой с использованием представлений о простейшей модели транзистора:

IК1→ ↑ IЭ1→ ↑ IК2→ ↑ IЭ2→ ↑ UЭ2→ ↓ UБЭ2 при UБ2 = const→ ↓ IБ2→ ↓ IК2→ ↓ IЭ1→ ↓ IК1

и, наоборот,

IК1→ ↓ IЭ1→ ↓ IК2→ ↓ IЭ2→ ↓ UЭ2→ ↑ UБЭ2 при UБ2 = const→ ↑ IБ2→ ↑ IК2→ ↑ IЭ1→ ↑ IК1.

Устранение зависимости от изменений напряжения питания

Основная идея – это использование напряжения UБЭ первого транзистора в качестве напряжения, задающего ток для второго транзистора: . В результате можно «отвязать» второй транзистор от источника питания и одновременно уменьшить зависимость UБЭ от изменений UКЭ. Уменьшение зависимости UБЭ от UКЭ (эффекта Эрли) связано с уменьшением в данной схеме величины UКЭ1 до значения 2UБЭ.

 

 

Рис. 4.13. Схема транзисторного источника тока
с уменьшенным влиянием изменений напряжения питания и эффекта Эрли

 

Контрольные вопросы к лекции

1. В чем заключаются причины ограничения сигнала в ЭП?

2. Какова последовательность анализа схемы ЭП?

3. Чем характеризуются стабилизаторы напряжения с ЭП?

4. В чем состоит принцип работы транзисторного источника тока?

5. Что такое рабочий диапазон транзисторного источника тока и чем он определяется?

6. Какие способы задания смещения применяют в транзисторном источнике тока?

7. В чем заключаются недостатки транзисторных источников тока и какие способы их устранения существуют?


ЛЕКЦИЯ 5

 

Усилитель с ОЭ

Рассмотрим источник тока, нагрузкой для которого служит резистор RК. При подаче напряжения питания UКК устанавливаются режимы по постоянному току. В результате с делителя R1, R2 задается напряжение смещения UБ, которое определяет потенциал эмиттера UЭ = UБ – 0, 6 В (для n-p-n-транзистора). Резистор RЭ устанавливает постоянный ток эмиттера , а напряжение на коллекторе становится равным . Для симметричного изменения выходного сигнала в пределах всего динамического диапазона, определяемого напряжением источника питания UКК, следует задавать UК = 0, 5UКК. При этом относительно земли .

 

Рис. 5.1. Схема усилителя с ОЭ

 

Если через емкость на базу транзистора подать сигнал uВХ = uБ, то переменное напряжение на эмиттере uЭповторяет напряжение на базе uБ и вызывает изменение эмиттерного и (приблизительно такое же изменение) коллекторного тока: . Этому изменению соответствует изменение коллекторного напряжения: . Здесь и далее прописными буквами I, U обозначены постоянные напряжения и токи, строчными буквами i, u − напряжения и токи сигнала.

Таким образом, увеличение напряжения на базе вызывает увеличение коллекторного тока, что приводит к возрастанию падения напряжения на коллекторной нагрузке и, соответственно, к уменьшению напряжения на коллекторе. Коэффициент передачи для данной схемы . Знак «–» говорит о том, что сигнал положительной полярности на входе дает усиленный сигнал отрицательной полярности на выходе. Такая схема называется усилителем с ОЭ с отрицательной обратной связью в цепи эмиттера.

Входное сопротивление схемы усилителя с ОЭ, как и эмиттерного повторителя, определяется входной цепью: , где – эквивалентное сопротивление делителя, а . Выходное сопротивление схемы усилителя с ОЭ определяется сопротивлением нагрузки. Действительно, выходная цепь схемы представляет собой последовательно соединенные сопротивления нагрузки RК, закрытого коллекторного перехода RКП, открытого эмиттерного перехода rЭ и эмиттерного сопротивления RЭ.

 

Рис. 5.2. К оценке выходного сопротивления усилителя с ОЭ

 

Сопротивлениями rЭ и RЭ можно пренебречь, так как они малы по сравнению с RКП. Таким образом, выходная цепь фактически представляет собой делитель напряжения , так как .

Анализ схемы усилителя с ОЭ

Проанализируем схему, приведенную на рис. 5.3.

1. Исходя из напряжения питания UКК = 20 В и значений резисторов делителя R1 и R2, определяем напряжение смещения базы транзистора: UБ = 1, 6 В.

2. Определяем UЭ = UБ − 0, 6 В = 1 В (для n-p-n-транзистора).

3. Определяем ток покоя

4. Определяем напряжение покоя UК = UКК IКRК = 10 В. Проверяем выполнение условия симметричности изменения выходного сигнала. Условие выполняется в пределах максимально возможного динамического диапазона выходного сигнала.

5. Проверяем правильность выбора делителей R1 и R2. где RБ = ß RЭ. Выбор правильный, так как RДЕЛ ≤ 10 к, а RБ = 100 к при ß = 100.

6. Определяем частотный диапазон схемы , где – входное сопротивление схемы.

7. Определяем выходное сопротивление схемы: RВЫХ RК = 10 к. Таким образом, схема работает на нагрузку RН ≥ 100 к = 10 RК.

8. Определяем коэффициент усиления схемы .

 

Рис. 5.3. К анализу схемы усилителя с ОЭ

 

5.1.2. Расчет усилителя с ОЭ
при небольшом коэффициенте усиления (КU ≤ 10)

 

Выбор тока покоя IОК, соблюдение условия симметричности UК = 0, 5UКК, обеспечение достаточно высокого потенциала в эмиттере UЭ » 0, 1UК, что соответствует RЭ » 0, 1RК, а также необходимого коэффициента усиления часто находятся во взаимном противоречии и требуют взаимного учета.

В целом может быть рекомендована следующая последовательность расчета:

1. Выбираем ток покоя транзистора .

2. Исходя из условия симметричности UК = 0, 5UКК = UКК IОКRК, определяем сопротивление RК.

3. Исходя из требуемого КU и стремясь одновременно обеспечить величину UЭ = IОЭRЭ достаточно высокой для достижения температурной стабильности схемы, выбираем RЭ. Необходимо иметь в виду, что величина UЭ ≤ 0, 1UК не обеспечивает хорошей температурной стабильности усилителя.

4. Определяем напряжение смещения на базе с учетом типа транзистора. Так, для n-p-n-транзистора UБ = UЭ + 0, 6 В, а для p-n-pUБ = UЭ − 0, 6 В.

5. Выбираем величины сопротивлений делителя R1 и R2, исходя из условия где RБ ß RЭ.

6. Обеспечиваем частотные свойства каскада, выбирая С1 таким, чтобы , где . Обычно С1 выбирают с 3–5-кратным запасом для обеспечения единичного коэффициента передачи ФВЧ в заданном диапазоне частот.

5.1.3. Графический метод определения смещения транзистора

В усилителе с ОЭ

По выходным и входным характеристикам транзистора можно определить величину смещения в усилителе. Для схемы с общим эмиттером напряжение на коллекторе относительно земли равно . Данное выражение называют уравнением нагрузочной прямой, которую можно построить на выходных характеристиках.

Для определения первой точки нагрузочной прямой примем UК = 0 (режим насыщения). Тогда ток коллектора определяется следующим выражением: . Для определения второй точки нагрузочной прямой примем IK = 0 (режим отсечки). Тогда напряжение на коллекторе . Соединив данные точки, найдем точки А и В – пересечения верхней и нижней выходных характеристик с построенной прямой. Рабочая точка О выбирается посередине отрезка АВ для симметричности изменения выходного сигнала и определяет значения напряжения покоя коллектора UOK, тока покоя коллектора IOK и тока покоя базы IOБ.

Рис. 5.4. Построение нагрузочной прямой на выходных характеристиках транзистора

 

Рис. 5.5. Определение напряжения смещения усилителя с ОЭ
по входным характеристикам транзистора

 

Для определения напряжения покоя базы (напряжения смещения) воспользуемся входной характеристикой транзистора. Отложив на оси ординат значения тока покоя базы IОБ и выбирая характеристику, соответствующую напряжению покоя на коллекторе UОК, определим напряжение покоя на базе UОБ. Зная напряжение покоя базы, можно рассчитать параметры делителя, который поделит напряжение питания UКК в нужной пропорции и создаст необходимое смещение транзистора.

5.1.4. Схема расщепления фазы
с единичным коэффициентом усиления (парафазный каскад)

С помощью данной схемы можно получить два сигнала одинаковой величины с единичным коэффициентом усиления, но с противоположными фазами.

 

 

Рис. 5.6. Парафазный каскад

Для единичного коэффициента усиления сопротивления в коллекторе и в эмиттере должны быть одинаковы. На эмиттере сигнал будет повторяться, а на коллекторе – инвертироваться.

 

 

Рис. 5.7. К выбору напряжений коллектора и эмиттера в парафазном каскаде

 

Для того чтобы сигнал изменялся симметрично, необходимо устанавливать постоянное напряжение коллектора UK ≈ 0, 75UКК, а напряжение эмиттера – UЭ ≈ 0, 25UКК.

При данных номиналах схемы ток покоя равен IOKIOЭ = 1 мА, напряжение на эмиттере UЭ = UБ – 0, 6 В = 5 В, а напряжение на коллекторе UК = UКК
IOKRК = 15 В.

Фазовращатель

Для построения фазовращателя, обеспечивающего изменение фазы выходного сигнала в пределах 0° < φ < 180°, можно использовать парафазный каскад, к выходам которого подключена RC-цепь с регулируемым сопротивлением R. Распределение напряжений в схеме можно показать с помощью векторной диаграммы на полукруге, где uС – напряжение на конденсаторе, uR – напряжение на резисторе, uВЫХ – результирующее напряжение.

 

 

Рис. 5.8. Принцип работы простейшего фазовращателя

 

Изменяя величину сопротивления, можно менять соотношения напряжений uR и uС, а значит, и угол наклона φ результирующего вектора uВЫХ. При этом амплитуда сигнала при регулировке фазы остается постоянной. Однако простейший фазовращатель не обеспечивает изменения фазы во всем диапазоне из-за ограниченного линейного участка АЧХ.

 

5.1.6. Представление усилителя с ОЭ
в виде двух независимых усилителей: с передаточной проводимостью
и с передаточным сопротивлением

 

Рассмотрим схему усилителя с коэффициент усиления которого определяется выражением . Левая часть усилителя (без нагрузки) может быть охарактеризована как управляемый источник тока, имеющий крутизну ВАХ , и названа усилителем с передаточной проводимостью, или крутизной, – S. Правая часть схемы усилителя (нагрузка RН) может рассматриваться как усилитель с передаточным сопротивлением, который преобразует ток в напряжение. Такой подход позволяет проектировать левую и правую части схемы отдельно друг от друга.

 

 

Рис. 5.9. Представление усилителя с ОЭ в виде двух независимых усилителей:
с передаточной проводимостью и с передаточным сопротивлением

 

При этом общий коэффициент усиления будет равен . Для данной схемы RН = 10 к, S = 1 мА/В, а КU = S RH = 1 (мА/В) 10 к = 10, что соответствует .

 


Поделиться:



Популярное:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-26; Просмотров: 1757; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.044 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь