WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 

«Электроника Принцип действия усилительного каскада на биполярном транзисторе Принцип построения усилительных каскадов Базовым звеном любого ...»

Электроника

Принцип действия усилительного каскада на биполярном транзисторе

Принцип построения усилительных каскадов

Базовым звеном любого усилителя является усилительный каскад (УК).

Несмотря на разнообразие схем усилительных каскадов (число транзисторов, режимы работы

транзисторов) для усиления переменного сигнала принцип построения главных цепей

усилительных каскадов один и тот же.

Для рассмотрения принципа построения УК на одном транзисторе воспользуемся функциональной схемой (см. рис.).

Главные элементы каскада - усилительный элемент (УЭ) и резистор R.

В качестве УЭ может использоваться биполярный или полевым транзистором.

R – технологически необходимое сопротивление (задает динамический режим работы), при отсутствии которого (например, R = 0) выходное напряжение не меняется.

Эти элементы вместе с источником питания Е образуют Функциональная схема выходную цепь каскада.

усилительного каскада Усилительный элемент представляет собой источник тока, управляемый током Iвх (для биполярного транзистора), либо источник тока, управляемый напряжением Uвх (для полевого транзистора) 1 Процесс усиления основан на преобразовании энергии источника питания Е (постоянного напряжения) в энергию переменного выходного сигнала за счет изменения тока iвых в выходной цепи по закону, задаваемому входным сигналом.

Выходной сигнал Uвых может сниматься как с резистора R, так и с усилительного элемента.

Если Uвых снимается с R:

Функциональная схема усилительного каскада uR uвых iвых R - выходной сигнал синфазен выходному току

Если Uвых снимается с УЭ:

uвых E iвых R - выходной сигнал противофазен выходному току Следует отметить, что iвых - однонаправленный ток поэтому данный УК может усиливать только однополярный сигнал.

Как усилить двухполярный сигнал?

Необходимо преобразовать двухполярный сигнал в однополярный, добавив к входному сигналу постоянную составляющую. В этом случае все токи и напряжения приобретают постоянные составляющие (см. диаграммы).

Диаграммы тока и

–  –  –

В RС -усилителе для связи УК с источником сигнала, нагрузкой и другими каскадами используются конденсаторы, поэтому такой усилитель может усиливать только переменную составляющую сигнала.

Этот класс устройств весьма широко применяется для усиления звуковых сигналов в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц (УНЧ).

RС - усилители имеют ряд достоинств:

простота и надежность;

1.

относительно малая стоимость;

2.

простота в обслуживании и настройке;

3.

достаточно высокая стабильность параметров 4.

усилителя, поскольку все нестабильности, как правило, низкочастотные либо проявляется по постоянному току и не передаются со входа на выход.

–  –  –

Rб1, Rб2 - резистивный делитель предназначен для задания рабочей точки транзистора методом фиксированного напряжения.

Rэ - сопротивление в эмиттерной цепи для создания последовательной отрицательной обратной связи (ООС) по току, служит для термостабилизации положения рабочей точки транзистора.

Сэ - шунтирует Rэ по переменному току с целью устранения ООС по переменной составляющей, поскольку ООС снижает коэффициент усиления каскада.

Ек - источник питания и смещения.

Ег, Rг - элементы последовательной схемы замещения источника сигнала: идеальный источник напряжения, сопротивление генератора.





В области средних частот (рабочий диапазон) сопротивления конденсаторов малы и поэтому их полагают закоротками.

В этом случае по переменной составляющей:

1) Rэ - закорочен;

2) входной сигнал поступает непосредственно на базу транзистора;

3) по переменке Rк и Rн включены параллельно через внутреннее сопротивление источника:

RгЕк = 0.

Через транзистор замыкается и переменная и постоянная составляющие, поэтому различают нагрузку по постоянному и переменному току.

Rн= Rк + Rэ – сопротивление нагрузки по постоянному току - это значение внешнего сопротивления, соответствующее режиму, при котором через усилительный элемент протекает только постоянный ток (при Uвх = 0) - это режим покоя или режим по постоянному току.

Токи и напряжения в этом режиме являются постоянными составляющими, на которые накладываются в дальнейшем переменные составляющие при воздействии входного переменного сигнала (при Uвх 0).

Rн~ = RкRн - сопротивление нагрузки для переменного тока - сопротивление, по которому замыкается переменная составляющая выходного тока УЭ в рабочем диапазоне частот - это режим по переменному току. В полосе усиления Rн~ полагают постоянным.

В данном УК входная цепь - базовая, а выходная - коллекторная.

Транзистор работает в активном режиме, для которого эмиттерный переход (ЭП) смещен в прямом направлении и имеет малое сопротивление, а коллекторный переход (КП) - в обратном направлении и имеет высокое сопротивление.

Управляющим параметром для транзистора является базовый ток iб(t). В силу малого сопротивления ЭП базовый ток замыкается через него и в КП вообще не пойдет, то есть входная цепь практически не зависит от выходной цепи, эти две цепи получаются развязанными друг от друга через малое сопротивление ЭП.

Главным признаком того, что транзистор находится в активном режиме является связь:

iк(t) = iб(t), где = h21э - коэффициент передачи базового тока транзистора.

Коллекторный ток повторяет базовый ток и можно говорить, что Iк это Iб, усиленный в раз.

Задача разработчика - так спроектировать базовую цепь, чтобы коллекторный ток повторял форму входного сигнала. 5 Принцип действия усилительного каскада по схеме ОЭ

1. Исходное состояние (режим покоя Uвх = 0).

В схеме протекают только постоянные токи. Источник сигнала

– закорочен. Конденсатор – разрыв.

Под действием источника смещения, полярность которого является прямой для ЭП по базовой цепи протекает прямой ток покоя базы Iоб в соответствии со входной ВАХ транзистора.

Путь протекания тока базы: +ЕсмБЭ Uвх = 0 (-)Есм.

Есм задается в зависимости от выбранной рабочей точки, т.е. в зависимости от выбранного класса усиления (в данном случае

– класс А).

–  –  –

Поскольку конденсатор - разрыв по постоянному току, то через Rн данный ток не протекает = Uн=0.

На коллекторном сопротивлении и на транзисторе выделяются напряжение покоя равные:

–  –  –

Коллекторное напряжение к приблизительно делится пополам между Rк и транзистором.

На разделительном конденсаторе по 2-му закону Кирхгофа выделяется напряжение с полярностью, показанной на рисунке.

UСpаб=U0cp=U0кэ – это рабочее напряжение на конденсаторе.

Правило. Все рабочие напряжения на конденсаторах определяются в установившемся режиме - в режиме покоя. Для нахождения UСраб нужно закоротить входной источник, и представить конденсаторы в виде разрывов.

Если емкость конденсатора Ср выбрана правильно, то напряжение Источник напряжения не U0ср практически не меняется в полосе пропускания усилителя. пропускает постоянку и Поскольку Ср не пропускает постоянную составляющую ее можно пропускает переменку представить источником напряжения величиной U0ср=U0кэ, причем это напряжение появится на конденсаторе в результате переходного процесса сразу после подачи Ек.

2. Динамический режим работы усилительного каскада Рассмотрим динамику работы УК для случая когда Rк Rн.

Пусть при t = t0 появляется входной сигнал (Uвх0), меняющийся по гармоническому закону :

uвх(t) = Umвхsint.

По 2-му закону Кирхгофа справедливо :

uбэ(t) = Eсм + uвх(t) = Eсм + Umвхsint.

Таким образом, Uбэ приобретают переменную составляющую в точности равную входному сигналу.

Есм выбирается так, чтобы рабочая точка на входной ВАХ перемещалась под действием входного сигнала на линейном участке характеристики.

Под действием переменки Uбэ базовый ток также приобретает переменную составляющую синфазную

Uбэ и синфазную входному сигналу:

iб(t) = I0б + Imб sint.

В момент когда синусоида входного сигнала переходит через положительный максимум Umвх напряжение на базе транзистора и базовый ток проходят через максимум:

Iб max = I0б + Im б;

Uбэ max = U0бэ + Um вх.

Поскольку транзистор находится в активном режиме, коллекторный ток повторяет базовый:

iк(t) = iб(t) = I0б + Imб sint = I0к + Imк sint.

–  –  –

О выборе транзистора

Транзистор для данного УК выбирают по следующим параметрам:

1. Iк max = I0к+ Im к Iк доп;

2. Uкэ доп Eк;

3. Pк доп Pк при максимальной температуре, Pк = I0кU0к.

4. f fв.

Построение нагрузочных прямых усилительного каскада

Различают два режима работы усилительного каскада:

- режим покоя (или режим по постоянному току)

- режим по переменному току.

В режиме покоя входной сигнал отсутствует (источник входного сигнала закорочен), в цепях усилительного элемента протекают постоянные токи (постоянные составляющие). Величина постоянных составляющих определяется заданным классом усиления.

В режиме по переменному току под действием входного переменного сигнала токи и напряжения УЭ приобретают переменные составляющие, которые накладываются на постоянные составляющие.

Определение величин постоянных и переменных составляющих токов и напряжений в усилительном каскаде осуществляется графо-аналитическим методом с использованием статических вольт-амперных характеристик транзистора и нагрузочных прямых (линий) по переменному и постоянному току.

Нагрузочные прямые представляют собой траекторию движения рабочей точки УЭ в усилительном каскаде, однозначно связывая выходные ток и напряжение УЭ.

В режиме покоя рабочая точка (точка покоя) во входной (базовой) цепи транзистора задается в соответствии с классом усиления на входной статической вольт-амперной характеристике (ВАХ). В классе усиления А рабочая точка должна находиться на середине линейного участка входной характеристики транзистора для усиления сигнала с минимальными искажениями. В этом случае при подаче входного переменного сигнала, например синусоиды, формируется ток базы, практически повторяющий по форме входное напряжение (см. рис.). Координаты рабочей точки на входной ВАХ – (U0бэ, I0б).

1. Построение нагрузочной прямой по постоянному току

–  –  –

Поскольку на входной характеристике координаты рабочей точки (U0бэ,Iб) уже заданы, то координаты точки А определяются на пересечении нагрузочной прямой постоянного тока и соответствующей выходной характеристики (см. рис.

на следующем слайде):

Iб3 = I0б.

Поскольку транзистор работает в активном режиме, токи коллектора и базы связаны соотношением:

I0к = I0б0, где 0 – статический коэффициент передачи тока базы

–  –  –

Размах переменных составляющих коллекторного тока и выходного напряжения определяется с помощью нагрузочной прямой переменного тока. Данная прямая строится на выходных статических характеристиках (см. предыдущий слайд) и проходит через предварительно заданную точку покоя А.

Для переменной составляющей также как для постоянной справедлив второй закон Кирхгофа:

Eк uRк (t ) + uкэ (t ).

uкэ (t ) Eк uRк (t ) Eк I 0к Rк I mк Rн sin t U 0к iк (t )Rн,

–  –  –

Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная 1.

техника: Учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 2008. – 798 с.

Забродин Ю.С. Промышленная электроника: учебник для вузов 2.

— Москва: Альянс, 2013. — 496 с.

Лачин В.И., Савёлов Н.С. Электроника: Учебное пособие. – Изд.

3.




Похожие работы:

«I. Пояснительная записка В музыкальной литературе имеется множество произведений, созданных для ансамблей. В этом жанре писали почти все выдающиеся мастера. Ансамблевая литература позволяет расширить музыкальный кругозор у...»

«1069 / RM / 06.0 / A / 1 / RU / P / Перевод Утверждено Приказом Генерального директора AGEPI № 131 от 21.10.2003 ПОЛОЖЕНИЕ о применении Закона № 588/1995 о товарных знаках и наименованиях м...»

«УТРЕННИЙ ОБЗОР ФОНДОВЫХ РЫНКОВ 6 октября 2011 г. Индексы Акции ММВБ Товарный рынок Лидеры роста MICEX 1 265.67 -0.17% Газпром 142.71 -1.30% Brent (ICE) 102.57 -0.16% ЮТЭйр +5.12% RTS 1 217.21 -0.63% ЛУКойл 1 547.10 -0.19% Золото 1 641.60 +0.39% Возрождение +5.09% Dow Jones 10 939.95 +1.21% Роснефть 175.95 +0.50% Платина 1 495....»

«Инструкции по применению лекарственного средства найз 24-03-2016 1 Подсчет инструкции по применению лекарственного средства найз инструкции по применению лекарственного средства найз не реплицирует подрывающий снабженца допросившей гранатой. Провансальская и досель исковер...»

«IMMERGAS NIKE и EOLO Майор @ Навесные двухконтурные котлы с открытой и закрытой камерой сгорания Руководство Пользователя Монтажник Пользователь Техник Уважаемый Клиент, Поздравляем с приобретением Вами высококачественного котла Immerg...»

«1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Примерная основная образовательная программа начального общего образования разработана в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта начального общего образования (далее — Стандарт) к структуре основной образовательной программы, определяет цель, задачи, планируемые результаты, со...»

«СОГЛАСОВАНО СИ ФГУП "ВНИИМС " В. Н. Яншин ё 1/ г гrггj 2009 г. Внесены в Государственный реестр Аппараты испытания диэлектриков средств измерений 2б "АИСТ 50/70" Регистрационный номер 4. С) g Взамен Х ТУ 4221-002-6053202...»

«Частное образовательное учреждение дополнительного образования "Автошкола "Светофор"УТВЕРЖДАЮ: Генеральный Директор ЧОУ ДО "Автошкола "Светофор " _ Рыбаков С.В. "12" августа 2014.г.ПРОГРАММА ПРОФЕССИОН...»

«-1Протокол CAN оптимальное построение бортовой сети автомобиля Стандарт CAN (Controller Area Network) это протокол последовательного доступа по проводным сетям, который был специально разработан для применения в автомобилях в начале 1980-х. Протокол CAN был стандартизован в 1993г. как международный стандарт ISO...»








 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.