Стабилизация режимов работы УЭ

Краткое содержание лекции

Причины нестабильности и ее следствия:

· Изменение температуры окружающей среды,

· Старение или смена УЭ,

· Нестабильность источников питания.

В результате воздействия дестабилизирующих факторов все токи транзистора возрастают, что приводит к перемещению рабочей точки по нагрузочной прямой рис. 1. При перемещении в точку А возникают нелинейные искажения, в точку В – транзистор может сгореть, поэтому применяют специальные схемы для стабилизации положения р.т., т.е. режима работы УЭ (Iко).

Рис.1

Цепи смещения с температурной компен­сацией. В схемах с температурной компенсацией (рис. 2) в це­пях смещения используются термокомпенсирующие элементы: термо­резисторы R_Т или полупроводниковые диоды.

Рис.2.

В качестве терморезистора могут быть использованы непроволоч­ные резисторы с отрицательным температурным коэффициентом. С ростом температуры сопротивление терморезистора R_Т уменьшается, при этом напряжение смещения Uбэо на транзисторе снижается, что вызывает уменьшение Iко. Поскольку, с одной сторо­ны, увеличение температуры вызвало возрастание Iко, а с другой — из-за понижения смещения Uбэо уменьшение этого же тока и температурные колебания тока Iко могут быть су­щественно уменьшены.

При использовании для температурной компенсации полупровод­никового диода (рис. 2б) повышение температуры вызывает умень­шение прямого сопротивления диода, что приводит к уменьшению сме­щения, при этом возрастание Iко компенсируется. В схеме могут применяться стабилитроны или германиевые диоды. Диодная стабилизация находит применение в выходных двухтактных каскадах, при работе транзисторов в режиме В, для получения низкого напря­жения смещения.

Преимущество схем диодной температурной компенсации в том, что можно получить полную температурную компенсацию изменения положения рабочей точки. Но недостатком является то, что из-за раз­броса температурных коэффициентов транзисторов и терморезисторов эта компенсация не бывает точной и глубокой. При большом сигнале термоэлементы могут вызывать значительные его искажения. Схемы с диодной температурной компенсацией ограниченно применяются в усилительных каскадах, выполненных по дискретной технологии, но широко используются в интегральных усилителях.

Цепи смещения с отрицательной обрат­ной связью. Общим для схем стабилизации с ООС является то, что в усилительном каскаде создается специальная цепь обратной связи по постоянному току, благодаря которой с ростом (или уменьше­нием) тока Iко при температурных колебаниях или при смене транзи­стора смещение на транзисторе уменьшается (или увеличивается), что в значительной степени компенсирует изменения тока Iко.

Простейшей из схем стабилизации точки покоя с помощью отри­цательной обратной связи является схема коллекторной стабилиза­ции.На рис. 3 показана схема коллекторной стабилизации при включении транзистора по схеме с ОЭ (коллекторную стабилизацию можно применять и при включении транзистора по схемам с ОК и ОБ). Схема коллекторной стабилизации отличает­ся от схемы смещения фиксированным током базы тем, что верхний конец резистора R1 подключен не к источнику пита­ния, а к коллектору транзистора. При таком включении вводится параллельная отрицательная обратная связь по напряжению, снимае­мая с коллектора транзистора.

Схема коллекторной стабилизации проста и экономична, но требует увеличения напряжения источника питания и возникает нежелательная ООС по переменному току через резистор R1, уменьшающая входное сопротивление и уси­ление каскада.

Рис. 3 Рис. 4

Более высокую стабильность рабочей точки транзистора обеспечи­вает схема эмиттерной стабилизации, наиболее широко распростра­ненная на практике. Стабилизация режима в схеме рис. 4 осуществляется благодаря последовательной ООС по току, получае­мой при включении транзистора резистора Rэ. Положим, что Iэо стремится увеличиться (из-за увеличения температуры или при смене транзистора), при этом увеличится напряжение на резисторе Rэ, это приведет к уменьшению напряжения смещения Uбэо; транзистор закроется сильнее, ток базы Iбо уменьшится и соответственно уменьшится ток Iэо. Для устранения ООС по переменному току, снижающей коэффи­циент усиления каскада, резистор Rэ шунтируют емкостью Сэ.

Контрольные вопросы

2.1. Допустимо ли изменение тока покоя в выходной цепи транзистора с из­менением температуры, старением и заменой транзистора?

2.2. Каковы основные причины изменения тока покоя каскада с изменением температуры и заменой транзистора?

2.3. Нарисуйте схему эмиттерной стабилизации, поясните ее принцип дейст­вия, недостатки и область применения.

2.4. Нарисуйте схему коллекторной стабилизации, поясните ее принцип дей­ствия, недостатки и область применения.

2.5. Как стабилизируется ток покоя транзисторов, работающих в режиме В? Что такое температурная компенсация?

2.6. С какой целью включают конденсатор Сэ?

2.7. Когда и почему необходимо устранять ООС?

Задание на СРС

3.1. Конспект Сложные схемы стабилизации [ОЛ6.2] стр 85 рис.4.7 и 4.8

Задание на СРСП

4.1. Записать пути протекания токов Iко и Iбо в схемах рис. 3 и 4.

Глоссарий

ЛЕКЦИЯ №28

Межкаскадные связи

Краткое содержание лекции

Схемы межкаскадной связи (МКС)служат для передачи сигнала от одного каскада многокаскадного усилителя к другому, от источ­ника сигнала на вход первого усилительного элемента и от вы­ходной цепи последнего усилительного элемента в нагрузку. Эти схемы одновременно служат и для подачи питающих напряжений на электроды усилительных элементов, а также придания усили­телю определенных свойств. Существуют четыре основных вида схем межкаскадной связи: гальваническая, резисторная, транс­форматорная и дроссельная. В некоторых случаях используют комбинации и видоизменения этих схем; в импульсных и широко­полосных усилителях схемы межкаскадной связи дополняют эле­ментами коррекции переходной или частотной характеристики.

Название усилительного каскада определяется использованной в нем схемой межкаскадной связи: резисторный каска­д, трансформа­торный и т. д.

. Требования:

· минимальные потери, т. е. максимальный коэффициент передачи цепи;

· допустимые или минималь­ные искажения сигнала (частотные, фазовые, переходные), вносимые цепью межкаскадной связи;

· должны удовлетворять условиям экс­плуатации усилителя, принятым для усилителя принципам конструк­тивно-технологического исполнения,

Резисторно-емкостная МКСрис.1.

На R3 выделяется напряжение усиленного сигнала и через него подается напряжение питания. Разделительный конденсатор С2 преграждает путь постоянной составляющей тока из выходной цепи на вход следующего каскада и свободно пропускает усиленную переменную составляющую сигнала.

Достоинства:хорошая АЧХ, малые габариты, масса и стоимость, нечувствительность к внешним переменным магнитным полям, малое потребление энергии, от­сутствует дрейф нуля.

Недостатки:меньший коэффициент усиления, чем у трансформаторного каскада, низкий КПД.

Применяется в маломощных усилителях переменного тока, в КПУ и в ИМС.

Рис.1 Рис.2

Трансформаторная МКСрис.2.

Через первичную обмотку трансформатора, включенную в выходную цепь УЭ, подается питание на коллектор транзистора; сопротивление нагрузки или входная цепь следующего каскада подключается к вторичной обмотке трансформатора. Наличие транс­форматора позволяет разделить переменную и постоянную составляю­щие усиливаемого сигнала.

Достоинства: большой коэффициент усиления, воз­можность оптимизировать в рабочем диапазоне частот работу УЭ в усилительном каскаде: подбирая коэффициент трансформации транс­форматора, можно обеспечить такое сопротивление по переменному току для коллекторной цепи транзистора, при котором обеспечится максимальная мощность сигнала и высокий КПД, т.е. позволяет обеспечить согласование выходного сопротивления каскада с нагрузкой.

Недостатки: большие габариты, вес, стоимость, трансформатор вносит дополнительные искажения.

Применяется в каскадах мощного усиления.

Гальваническая МКС (непосредственная связь) рис.3, 4.

Выходной электрод предыдущего каскада соединяется с входным электродом следующего при помощи проводника. На Rк1 выделяется напряжение усиленного сигнала, подается напряжение питания на коллектор VТ1 и смещение на VТ2.

В многокаскадных усилителях с непосредственной МКС на ба­зу транзистора каждого последующего каскада поступает и постоянная составляющая напряжения с коллектора транзистора предыдущего кас­када и переменная.

Достоинства:хорошая АЧХ, малые габариты, масса и стоимость.

Недостатки:дрейф нуля, низкий КПД.

Применяется в усилителях постоянного тока (УПТ) и в ИМС.

Рис.3 Рис.4

Для повышения стабильности часто вводят дополнительные цепи ООС между двумя или более каскадами. Для примера на рис. 4 показана схема двухкаскадного («двойка») уси­лителя постоянного тока с непосредственной связью между транзисторами. В этом уси­лителе, помимо местных ООС по постоянному току (резисторы Rэ1 и Rэ2), имеется дополнительная цепь параллельной ООС по току, охватывающая оба усилительных каскада через резистор Rос, который обеспечивает необходимое смещение транзистора VТ1 и повышает стабильность работы УЭ.

Контрольные вопросы

2.1. Назовите наиболее распространенные виды межкаскадной связи.

2.2. Какая межкаекадная связь применяется в усилителях постоянного тока и почему?

2.3. Нарисуйте схему резисторно-емкостной МКС и укажите еео достоинства и область применения.

2.4. Нарисуйте схему трансформаторной МКС и укажите ее достоинства и область применения.

2.5. Нарисуйте схему гальванической МКС и укажите ее достоинства и область применения.

2.6. Какой вид межкаскадной связи позволяет передавать от каскада к каскаду только переменную составляющую сигнала?

2.7. Какой вид межкаскадной связи позволяет передавать от каскада к каскаду и переменную и постоянную составляющие сигнала?

2.8. Структурные схемы каких каскадов приведены на рисунках?

Рис.5 Рис.6

Рис.7 Рис.8

Задание на СРС

3.1. Конспект Типы усилительных каскадов [ОЛ6.2] стр 97-98.

Задание на СРСП

4.1. Изобразить структурные схемы одно- и двухтактных усилителей.

Глоссарий

ЛЕКЦИЯ №29