![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Тема 11. Цепи питания транзисторов в режиме покоя
Существуют различные способы задания режима работы по постоянному току. Схема с фиксированным током базы. Режим по постоянному току задается с помощью резисторов RБ, RК и источника питания UИП (рис. 11.1).
Рис.11.1. Схему можно описать системой уравнений для токов и напряжений во входной и выходной цепи:
где UБЭ» (0, 6¼ 0, 7) В (напряжение на открытом эмиттерном переходе кремниевого БТ), т.е. UБЭ < < UИП, поэтому ток в цепи базы IБ» UИП/RБ не зависит от параметров транзистора, а определяется параметрами входной цепи. Для полного описания схемы необходимо добавить уравнение связи между токами IК и IБ. IК = h21Э IБ + IКБО; (11. 3) Изменяя внешние элементы схемы (RБ и RК) можно задавать токи покоя базы IБ и коллектора IК. Принимая в качестве исходных данных паарметры транзистора и рекомендованный в справочнике режим работы (IК, UК), можно рассчитать величину сопротивлений RБ и RК. Недостатком рассмотренного способа задания рабочей точки является сильное влияние изменения температуры, параметров транзистора, напряжения питания на положение рабочей точки. При увеличении температуры растет величина h21Э, что приводит к увеличению IК, и точка покоя смещается в сторону режима насыщения. Использование в этой схеме транзисторов с параметрами, отличными от принятых при расчете, также приводит к сильному изменению положения рабочей точки. Для температурной стабилизации рабочей точки транзисторов усилительных каскадов используется отрицательная обратная связь по постоянному току или напряжению. Схема с коллекторной стабилизацией. На рис. 11.2. представлена схема с коллекторной стабилизацией, в которой резистор RБ подключается к коллектору транзистора с напряжением UКЭ, тогда
Рис 11.2.. Схема усилителя с коллекторной с табилизацией
При повышении температуры коллекторный ток увеличивается, следовательно, коллекторное напряжение UКЭ уменьшается, а значит, уменьшается ток базы IБ, что приводит к уменьшению коллекторного тока IК. Эти два фактора частично компенсируют друг друга, поэтому рабочая точка стремится вернуться в исходное положение. Схема с эмиттерной стабилизацией. Наиболее эффективной является схема с эмиттерной стабилизацией рабочей точки (рис. 11.3.). В этой схеме повышение температуры за счет температурных свойств транзистора приводит к увеличению тока IК, что вызывает уменьшение напряжения на коллекторе UК и увеличение эмиттерного тока IЭ = IК + IБ. В результате увеличивается падение напряжения на резисторе RЭ. Поскольку потенциал базы транзистора
Рис 11.4. Схема усилителя с эмиттерной стабилизацией режима работы БТ
что приведет к уменьшению тока базы IБ, а значит и коллекторного тока IК. Происходит частичная взаимная компенсация этих двух факторов, влияющих на рабочую точку транзистора, поэтому ее положение практически не изменяется. Наличие резистора RЭ – резистора обратной связи – при отсутствии конденсатора CЭ не только стабилизирует рабочую точку, но и изменяет работу каскада по переменному току. Для схемы изменяющийся входной сигнал также является дестабилизирующим фактором. Переменная составляющая эмиттерного тока с амплитудой Для схемы с фиксированным током базы, в которой ток базы зависит только от
полученным из (6.2). Нагрузочная прямая по постоянному току строится по точкам пересечения с осями координат: при Рис.11.6
Таким образом, нагрузочная прямая – геометрическое место рабочих точек активного элемента при конкретных значениях напряжения источника питания
При действии на входе усилителя переменного напряжения, изменяющегося по гармоническому закону с малой амплитудой
ток базы будет также изменяться по гармоническому закону. Причем мгновенные значения тока базы будут соответствовать точкам, лежащим на отрезке ВС одной и той же входной характеристики. Это обусловлено тем, что в активном режиме положение входных характеристик слабо зависит от напряжения Изменение базового тока БТ приводит к изменению тока коллектора, а значит, согласно (6.2) — к изменению напряжения Входное и выходное напряжения усилителя изменяются в противофазе. Увеличению входного напряжения соответствует уменьшение выходного и наоборот. Усилительный каскад на БТ с ОЭ изменяет фазу входного сигнала на Для получения максимального значения амплитуды выходного неискаженного сигнала Если к выходу усилителя подключена нагрузка с конечным значением сопротивления
где
и может быть построен по точкам пересечения с осями координат: при Таким образом, при подключении нагрузки Амплитуда выходного напряжения связана с амплитудой коллекторного тока соотношением
Поскольку обычно выполняется неравенство
Тогда коэффициент усиления по напряжению определяется выражением
Поскольку мощность, потребляемую базовой цепью транзистора, можно представить выражением
а мощность, отдаваемую в нагрузку, выражением
то коэффициент усиления по мощности можно представить в виде
Таким образом, входной сигнал малой мощности При расчете усилителя необходимо помнить, что углы наклона нагрузочных прямых по постоянному и переменному току не должны отличаться более чем на 20 %, иначе сильно уменьшится максимальное значение амплитуды выходного сигнала, что резко снизит коэффициент полезного действия (КПД) усилителя:
Поэтому соотношение между сопротивлением нагрузки и сопротивлением резистора
В этом случае амплитуда коллекторного тока будет составлять
Обычно исходными данными при расчете усилителя является выходная мощность
Зная ее, можно определить требуемый режим покоя БТ и его максимально допустимые параметры: амплитуду коллекторного тока постоянный ток коллектора допустимый ток коллектора амплитуду выходного напряжения (коллектор — эмиттер) постоянную составляющую напряжения коллектор — эмиттер напряжение источника питания допустимое напряжение коллектор — эмиттер Транзистор выбирают из выполнения условий, что рассчитанные допустимые значения напряжения
При выборе режима покоя, расчете амплитудных значений коллекторного тока и выходного напряжения необходимо учитывать их возможное изменение при работе усилителя в широком диапазоне температур, что обусловлено влиянием изменения температуры на параметры БТ и в конечном итоге — на его ВАХ.
|