Site Loader

Электротехника, электроника и схемотехника модуль 15 — ответы 2

Ответы на модуль 15 (ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ И УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ) по предмету электротехника, электроника и схемотехника.

1) Неуправляемый ток коллектора транзисторного усилителя: увеличивается в 2 раза при повышении температуры на каждые 10°.

2) Какой из указанных усилителей не классифицируется по диапазону частот усиливаемых электрических сигналов? постоянного тока.

3) Наиболее распространенная схема термостабилизации транзисторного усилителя осуществляется с помощью: параллельного подключения к резистору эмиттерной цепи шунтирующего конденсатора большой емкости.

4) При подаче синусоидального сигнала на вход усилительного каскада, работающего в режиме А, ток в выходной цепи: соответствует синусоидальному сигналу.

5) Какая схема включения полевого транзистора наиболее распространена в усилительных каскадах? с общим истоком.

6) Что из нижеперечисленного не относится к основным параметрам и характеристикам транзисторных усилителей? коэффициент согласования.

7) Какая из разновидностей дифференциальных усилителей не входит в классификацию данных приборов по критерию расширения их функциональных возможностей? 

с низкоомным входом.

8) В каком режиме работы усилительного каскада транзистор может находиться только в двух состояниях: режим отсечки или режим насыщения? режим D.

9) С повышением частоты усилительного каскада на полевых транзисторах: входное сопротивление не изменяется.

10) Что из нижеперечисленного относится к характеристике усилительного каскада динамического типа? выходная характеристика биполярного транзистора.

11) При подаче синусоидального сигнала на вход усилительного каскада, работающего в режиме АВ, ток в выходной цепи: протекает в течение промежутка времени, большего половины периода входного сигнала.

12) В зависимости от соотношения между внутренним сопротивлением источника сигнала и входным сопротивлением усилителя источник сигнала не может работать в следующем режиме: 

усиления.

13) Двухтактный выходной усилительный каскад наиболее эффективно работает в режиме: В.

14) Отличительной особенностью дифференциального усилителя является выполнение следующего условия: значения коллекторных токов левого и правого плеч равны.

15) Межкаскадные соединения усилителей постоянного тока вызывают: появление напряжения положительной обратной связи, глубина которой возрастает от каскада к каскаду.

16) С помощью гальванической связи между каскадами усилителей постоянного тока: входной сигнал, усиленный предыдущим каскадом, непосредственно (прямо) поступает на вход последующего.

17) В токовом зеркале: выходной транзистор является источником выходного тока, значением которого можно управлять с помощью входного тока.

18) В режиме работы усилителя низкой частоты по постоянному току транзистор находится в: 

активном режиме.

19) При подаче синусоидального сигнала на вход усилительного каскада, работающего в режиме В, ток в выходной цепи: протекает лишь в течение половины периода.

20) Усилительный каскад называется дифференциальным, так как: реагирует только на разность входных сигналов.

21) В режиме согласования в усилитель от источника сигнала передается: вся потенциальная мощность источника сигнала.

22) Термостабилизация режима работы транзисторных каскадов осуществляется с помощью: отрицательной обратной связи по переменному току.

23) Дифференциальный усилитель с низкоомным выходом получают, добавляя к дифференциальному каскаду: эмиттерный повторитель.

24) В токовом зеркале база входного p-n-p-транзистора соединена с его коллектором, поэтому транзистор находится в диодном включении, причем функцию диода, открытого для напряжения питания, выполняет: 

p-n-переход эмиттер-база.

25) При подаче синусоидального сигнала на вход усилительного каскада, работающего в режиме С, ток в выходной цепи: протекает в течение промежутка времени, меньшего половины периода входного сигнала.

 Loading …

2.6. Термостабилизация режима каскада на биполярном транзисторе

Параметры БТ в значительной мере подвержены влиянию внешних факторов (температуры, радиации и др.). В то же время, одним из основных параметров усилительного каскада является его стабильность. Прежде всего, важно, чтобы в усилителе обеспечивался стабильный режим покоя.

Проанализируем вопрос влияния температуры на стабильность режима покоя БТ, конкретно —

.

Существуют три основных фактора, влияющих на изменении под действием температуры: при увеличении температуры, во-первых, увеличивается напряжение, во-вторых, обратный ток коллекторного перехода, и, в третьих, возрастает коэффициент.

Для анализа реальный транзистор можно представить в виде идеального, у которого параметры не зависят от температуры, а температурную зависимость смоделировать включением внешних источников напряжения и тока (рисунок 2.16).

Рассмотрим влияние этих факторов на приращение тока коллектора . Начнем с влияния изменения, вызванного тепловым смещением проходных характеристик, обозначив приращение тока коллектора как:

,

где

— приращение напряжения , равное:

||,

где — температурный коэффициент напряжения (ТКН),

-3мВ/град., Т — разность между температурой коллекторного перехода

перехода и справочным значением этой температуры(обычно 25C):

,

,

где

исоответственно, мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе в статическом режиме, и тепловое сопротивление “переход-среда”:

,

.

Ориентировочное значение теплового сопротивления зависит от конструкции корпуса транзистора и обычно для транзисторов малой и средней мощности лежит в следующих пределах:

.

Меньшее тепловое сопротивление имеют керамические и металлические корпуса, большее — пластмассовые.

Отметим, чтоберется положительным, хотяимеет знак минус, это поясняется на рисунке 2.17.

Определяем приращение тока коллектора , вызванного изменением обратного (неуправляемого) тока коллектора:

,

где приращение обратного тока равно:

,

где  — коэффициент показателя, для кремниевых транзисторов =0,13.

Следует заметить, что значение, приводимое в справочной литературе, особенно для транзисторов средней и большой мощности, представляет собой сумму тепловой составляющей и поверхностного тока утечки, последний может быть на два порядка больше тепловой составляющей, и он практически не зависит от температуры. Следовательно, при определенииследует пользоваться приводимыми в справочниках температурными зависимостями, либо уменьшать справочное значение

примерно на два порядка (обычнодля кремниевых транзисторов составляет порядка, и порядкадля германиевых, n=(1…9).

Приращение коллекторного тока, вызванного изменением , определяется соотношением:

,

где ,отн. ед./град.

Полагая, что все факторы действуют независимо друг от друга, запишем:

.

Для повышения термостабильности каскада применяют специальные схемы питания и термостабилизации. Эффективность таких схем коэффициентом термостабильности, который в общем виде представляется как:

.

Учитывая различный вклад составляющих , разное влияние на них элементов схем термостабилизации, вводят для каждой составляющей свой коэффициент термостабильности, получая выражения для термостабилизированного каскада:

.

Обычно , что обусловлено одинаковым влиянием наиэлементов схем термостабилизации:

.

Полученная формула может быть использована для определения усилительного каскада при любой схеме включения в нем БТ.

Рассмотрим основные схемы питания и термостабилизации БТ.

Термостабилизация фиксацией тока базы. Схема каскада представлена на рисунке 2.18.

определяется соотношением:

,

т.к. .

Очевидно, что «фиксируется» выбором, при этом ослабляется влияние первого фактора нестабильности тока коллектора (за счет смещения проходных характеристик). Коэффициенты термостабилизации для этой схемы таковы:

,

.

Отсюда видно, что данная схема имеет малую эффективность термостабилизации ().

Коллекторная термостабилизация. Схема каскада представлена на рисунке 2.19а.

определяется соотношением:

,

т.к. .

Термостабилизация в этой схеме осуществляется за счет отрицательной обратной связи (ООС), введенной в каскад путем включения между базой и коллектором БТ. Механизм действия ООС можно пояснить следующей диаграммой:

,

петля ООС

где символами ипоказано, соответственно, увеличение и уменьшение соответствующего параметра. Коэффициенты термостабилизации для этой схемы:

,

.

Из этих формул видно, что данная схема имеет лучшую термостабильность (именьше единицы), чем схема с фиксированным током базы.

В схеме коллекторной термостабилизации ООС влияет и на другие характеристики каскада, что должно быть учтено. Механизм влияния данной ООС на характеристики каскада будет рассмотрен далее. Схемные решения, позволяющие устранить ООС на частотах сигнала, приведены на рисунках 2.19б,в.

В большинстве случаев, наилучшими свойствами среди простейших (базовых) схем термостабилизации обладает эмиттерная схема термостабилизации показанная на рисунке 2.20.

Эффект термостабилизации в этой схеме достигается:

 фиксацией потенциала выбором тока базового делителя.

 введением по постоянному току ООС путем включения резистора . На частотах сигнала эта ООС устраняется шунтированием резистораемкостью.

Напряжение определяется как:

.

Механизм действия ООС можно изобразить следующей диаграммой:

петля ООС

где символами ипоказано, соответственно, увеличение и уменьшение соответствующего параметра. Эскизный расчет эмиттерной схемы термостабилизации маломощного каскада можно проводить в следующей последовательности:

 Зададимся током делителя, образованного резисторами Rи R:

;

 выбираем ,и определяем номинал:

;

 определяем потенциал :

;

 рассчитываем номиналы резисторов базового делителя:

,

,

где ,определяется при расчете сигнальных параметров каскада.

Коэффициенты термостабилизации для этой схемы:

,

.

Здесь — параллельное соединение резисторови.

Для каскадов повышенной мощности следует учитывать требования экономичности при выборе и.

Анализ полученных выражений показывает, что для улучшения термостабильности каскада следует увеличивать номинал и уменьшать.

Для целей термостабилизации каскада иногда используюттермокомпенсацию. Принципиальная схема каскада с термокомпенсацией приведена на рис.2.21.

Здесь в цепь базы транзистора включен прямосмещенный диод D, температурный коэффициент стабилизации напряжения (ТКН) которого равен ТКН эмиттерного перехода БТ. При изменении температуры окружающей среды напряжение и напряжение на диодебудет меняться одинаково, в результате чего ток покоя базыостанется постоянным. Применение этого метода особенно эффективно в каскадах на кремниевых транзисторах, где основную нестабильность тока коллектора порождает(из-за относительной малости). Наилучшая реализация этого метода термокомпенсации достигается в ИМС, где оба перехода естественным образом локализуются в пределах одного кристалла и имеют совершенно одинаковые параметры. Возможно применение других термокомпенсирующих элементов и цепей, например, использующих сочетания БТ и ПТ. Большой класс цепей, питающих БТ, составляютсхемы с двумя источниками питания, пример одной из них приведен на рисунке 2.22.

По сути, это схема эмиттерной термостабилизации, у которой «жестко» зафиксирован потенциал ,, а.

Следует отметить возможность применения данных схем термостабилизации при любой схеме использования БТ в любой комбинации.

Лекция 9. Влияние температуры на работу транзистора в режиме нагрузки. Схемы термостабилизации

Как было отмечено в лекции 1, полупроводниковые материалы обладают отрицательной зависимостью удельного сопротивления от температуры. С ростом температуры прямое и обратное сопротивление pnпереходов уменьшается, а токи переходов растут (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Влияние температуры на вид вольтамперной характеристики pnперехода

На рис. 9.1 пунктирной линией показано изменение положения прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики с ростом температуры. Следует отметить, что изменение температуры полупроводника может быть вызвано как влиянием окружающей температуры, так и разогревом самого полупроводника при протекании токов нагрузки.

Поскольку транзистор представляет собой два близко расположенных и влияющих друг на друга pnперехода, изменение температуры сильно влияет на режим работы транзистора.

С ростом температуры возрастает ток коллектора, в результате чего в режиме нагрузки снижается напряжение на коллекторе, и рабочая точка смещается ближе к области насыщения.

С уменьшением температуры снижается ток коллектора, растёт напряжение на коллекторе, и рабочая точка смещается ближе к области отсечки. В результате искажается форма синусоиды выходного сигнала – теряется качество работы усилителя.

Для снижения влияния температуры в схемах усилителей применяют цепи термостабилизации. Эти цепи образуют отрицательные обратные связи (ООС), стабилизирующие режим работы транзистора по постоянному току. В результате влияния цепей термостабилизации рабочая точка усилителя удерживается в выбранном при расчёте схемы положении, и в некотором диапазоне температур режим работы усилителя практически не изменяется.

Различают два способа термостабилизации режима работы усилителя: с ООС по току базыи с ООС понапряжению база-эмиттер.

9.1. Схема термостабилизации с оос по току базы

Схема усилителя ОЭ с цепью термостабилизации с ООС по току базы представлена на рис. 9.2. Отличие данной схемы от схемы по рис. 8.1 заключается в изменении подключения резистора смещения – вместо подключения к источнику питания резистор Rсмподключён к коллектору транзистора. В результате ток базы в рабочей точкеIБ0будет зависеть от напряженияUКЭ0.

Рис. 9.2. Схема усилителя ОЭ с цепью термостабилизации с ООС по току базы

Рассмотрим работу схемы. Как было отмечено выше, с ростом температуры возрастает ток коллектора, в результате чего в режиме нагрузки снижается напряжение на коллекторе

. (9.1)

Ток базы теперь зависит от напряжения на коллекторе, и с уменьшением напряжения на коллекторе также уменьшается

. (9.2)

Ток коллектора, в свою очередь, зависит от тока базы, и с уменьшением тока базы будет уменьшаться

. (9.3)

Из выражений (9.1)…(9.3) можно записать последовательность зависимостей:

,

растёт температура, растёт ток коллектора, уменьшается напряжение на коллекторе, уменьшается ток базы, уменьшается ток коллектора. То есть, действие вызвало пропорциональное противодействие. Это называется отрицательной обратной связью по току базы. Цель термостабилизации достигнута.

Преимущество такой схемы термостабилизации заключается в её простоте. В схему не добавляется никаких новых деталей, изменяется только точка подключения резистора смещения Rсм.

Однако схема обладает существенным недостатком. Поскольку коэффициент передачи тока базы у транзисторов даже в одной партии имеет разброс до 20…30%, для каждого транзистора придётся индивидуально подбиратьRсм. Критерий правильного выбора величиныRсм – напряжение на коллекторе в рабочей точкеUКЭ0.

Другим недостатком будет ограниченный диапазон температур, в котором достигается термостабилизация. Поэтому схема термостабилизации с ООС по току базы применяется в простейших транзисторных схемах, где решающим фактором служит простота конструкции, а температура изменяется в диапазоне от 00до +350С.

Ответы на модуль 1 (основные определения, топологические параметры и методы расчета электрических цепей постоянного тока) по предмету электротехника, электроника и схемотехника

Ответы на модуль 1 (основные определения, топологические параметры и методы расчета — страница №2/2



(ВОЗМОЖНО) ИДЕАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

5) К основным схемам включения биполярного транзистора в цепь не относится следующая схема: с общим затвором.

6) Биполярный транзистор можно заменить разомкнутым ключом в следующем режиме: отсечки.

7) Что из нижеперечисленного не относится к предельным эксплуатационным параметрам транзисторов? постоянный (импульсный) ток затвора.

8) При активном режиме работы биполярного транзистора: выходной ток пропорционален входному току.

9) К преимуществам полевых транзисторов не относится: низкое входное сопротивление в схеме с общим истоком.

10) Для схемы с общим эмиттером (ОЭ) выходная характеристика – это: зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при определенном значении тока базы.

11) В линейном режиме работы полевого транзистора обеспечивается: изменение выходного сопротивления, управляемое напряжением на затворе.

12) Транзисторный усилитель с общей базой (ОБ) имеет: очень низкое входное и очень высокое выходное сопротивление.

13) Что из нижеперечисленного относится к необратимым пробоям транзисторов? тепловой пробой.

ВОЗМОЖНО ЛАВИННЫЙ(ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОБОЙ)

14) Передаточная (стоко-затворная) характеристика полевого транзистора — это: зависимость тока на выходе от напряжения на входе.

15) Транзисторный усилитель с общей базой (ОБ) можно представить как: источник тока, управляемый током.

16) Какой электронный прибор называется МЕП-транзистором? транзистор с затвором Шотки.

17) Особенность представления биполярного транзистора в виде четырехполюсника заключается в том, что:  параметры цепи зависят от способа включения транзистора

18) Полевой транзистор можно представить как: прибор, управляемый напряжением на его входе.

19) Биполярный транзистор имеет в своем составе: два взаимодействующих между собой встречно включенных p-n-перехода.

20) При каком режиме работы биполярного транзистора эмиттерный переход смещен в прямом, а коллекторный – в обратном направлении? активном.

21) В каком режиме работы биполярного транзистора эмиттерный и коллекторный переходы смещены в прямом направления? в режиме насыщения.

22) Для схемы с общим эмиттером (ОЭ) входная характеристика – это: зависимость тока базы от напряжения между базой и эмиттером при постоянном падении напряжения между коллектором и эмиттером.

23) Каким образом можно защитить биполярный транзистор от вторичного пробоя: шунтирование выводов коллектор-эмиттер с помощью быстродействующего тиристора.

24) Транзисторный усилитель с общим эмиттером (ОЭ) можно представить как: источник тока, управляемый напряжением.

25) Какой из режимов работы биполярного транзистора является аварийным? пробоя.

26) Схему замещения полевого транзистора для области насыщения можно представить в виде: источника тока стока, управляемого напряжением на затворе.

27) Коллекторный p-n-переход в активном режиме работы биполярного транзистора создает потенциальный барьер: . только для основных носителей

28) При каком режиме работы биполярного транзистора эмиттерный переход смещен в обратном, а коллекторный – в прямом направлении? в инверсном режиме.

29) Для схемы с общим коллектором (ОК) входным сигналом является: напряжение между базой и коллектором.

 

Ответы на модуль 14 (СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ, ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ) по предмету электротехника, электроника и схемотехника.

1) В режиме насыщения электронного ключа: сопротивление постоянному току очень мало, через нагрузку протекает максимальный ток.

2) Транзисторный ключ с форсирующим конденсатором обеспечивает. увеличение базового тока включения и переход транзистора в режим насыщения с малым коэффициентом насыщения

3) Дифференциальным входным сигналом операционного усилителя называют: разницу между напряжениями на неинвертируемом и инвертируемом входах.

4) Идеальный операционный усилитель имеет следующие параметры: входное сопротивление стремится к бесконечности, а выходное сопротивление и входной ток равны нулю.

5) К статическим характеристикам ОУ не относится:  максимальная скорость нарастания выходного напряжения

6) Что из нижеперечисленного не относится к преимуществам комплементарного МДП-транзистора по сравнению с другими типами ключей? имеет постоянное остаточное напряжение.

7) Отличительной особенностью фотосимисторов по сравнению с симисторами является: гальваническая развязка цепи управления от силовой цепи.

8) Симистор – полупроводниковый прибор, состоящий из: пяти слоев полупроводников с различным типом проводимости с управляющим электродом.

9) Что из нижеперечисленного не относится к основным требованиям, предъявляемым к силовым приборам? низкий коммутируемый ток и низкое рабочее напряжение.

10) Какой из групп операционных усилителей не существует? согласующие.

11) Биполярный транзистор с изолированным затвором выполнен как: сочетание входного униполярного транзистора с изолированным затвором и выходного биполярного n-p-n-транзистора.

12) Скорость переключения электронного ключа из одного состояния в другое практически не зависит от: типа проводимости транзистора

13) Схему замещения динистора можно представить в виде: двух триодных структур, соединенных между собой.

14) Какая из нижеперечисленных особенностей статического индукционного транзистора (СИТ) вызывает затруднения для его применения в качестве ключа? нормальное открытое состояние при отсутствии управляющего сигнала.

15) Переход электронного ключа из режима насыщения в режим отсечки, и наоборот, осуществляется через: активный режим.

16) Быстродействие транзисторного ключа наилучшим образом повышается при использовании в качестве элемента с обратной связью: диода Шотки.

17) Какого типа ключей, построенных на МДП-транзисторах, не существует? прецизионных.

18) Тиристор – полупроводниковый прибор, состоящий из: четырехслойной полупроводниковой структуры с управляемым напряжением включения.

19) Частотная коррекция усиления операционного усилителя обеспечивает: снижение усиления с ростом частоты.

20) Какие операционные усилители отличаются высокой экономичностью? микромощные.

21) В режиме отсечки электронного ключа: сопротивление постоянному току очень большое, через нагрузку протекает минимальный ток.

22) При увеличении тока управления тиристора: напряжение включения снижается.

23) Что из нижеперечисленного не относится к основным параметрам динисторов и тиристоров? допустимый обратный ток.

24) Для увеличения скорости нарастания выходного напряжения операционного усилителя необходимо: увеличить крутизну дифференциального каскада и снизить емкость коррекции.

25) Симистор можно заменить: двумя встречно параллельно включенными тиристорами с общим электродом управления.

26) Какой из параметров не определяет качество электронного ключа?  ток, протекающий через ключ, в замкнутом состоянии

27) Динистор – полупроводниковый прибор, состоящий из:  трех p-n-переходов

28) Какой силовой полупроводниковый прибор используется для коммутации цепей переменного тока и создания реверсивных выпрямителей? симистор.

 

Ответы на модуль 15 (ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ И УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ) по предмету электротехника, электроника и схемотехника.

1) Неуправляемый ток коллектора транзисторного усилителя: увеличивается в 2 раза при повышении температуры на каждые 10°.

2) Какой из указанных усилителей не классифицируется по диапазону частот усиливаемых электрических сигналов ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

3) Наиболее распространенная схема термостабилизации транзисторного усилителя осуществляется с помощью: параллельного подключения к резистору эмиттерной цепи шунтирующего конденсатора большой емкости.

4) При подаче синусоидального сигнала на вход усилительного каскада, работающего в режиме А, ток в выходной цепи: соответствует синусоидальному сигналу.

5) Какая схема включения полевого транзистора наиболее распространена в усилительных каскадах? с общим истоком.

6) Что из нижеперечисленного не относится к основным параметрам и характеристикам транзисторных усилителей? коэффициент согласования.

7) Какая из разновидностей дифференциальных усилителей не входит в классификацию данных приборов по критерию расширения их функциональных возможностей прецизионные

8) В каком режиме работы усилительного каскада транзистор может находиться только в двух состояниях: режим отсечки или режим насыщения? режим D.

9) С повышением частоты усилительного каскада на полевых транзисторах входное сопротивление существенно уМЕНЬШАается из-за протекания токов перезарядки паразитных емкостей затвор-исток и затвор-сток

10) Что из нижеперечисленного относится к характеристике усилительного каскада динамического типа?  стоко-затворная характеристика полевого транзистора

11) При подаче синусоидального сигнала на вход усилительного каскада, работающего в режиме АВ, ток в выходной цепи: протекает в течение промежутка времени, большего половины периода входного сигнала.

12) В зависимости от соотношения между внутренним сопротивлением источника сигнала и входным сопротивлением усилителя источник сигнала не может работать в следующем режиме: усиления.

13) Двухтактный выходной усилительный каскад наиболее эффективно работает в режиме: В.

14) Отличительной особенностью дифференциального усилителя является выполнение следующего условия значение суммы коллекторных токов левого и правого плеча равно постоянной величине

15) Межкаскадные соединения усилителей постоянного тока вызывают

появление напряжения отрицательной обратной связи, глубина которой возрастает от каскада к каскаду

16) С помощью гальванической связи между каскадами усилителей постоянного тока: входной сигнал, усиленный предыдущим каскадом, непосредственно (прямо) поступает на вход последующего.

17) В токовом зеркале: выходной транзистор является источником выходного тока, значением которого можно управлять с помощью входного тока.

18) В режиме работы усилителя низкой частоты по постоянному току транзистор находится в: активном режиме.

19) При подаче синусоидального сигнала на вход усилительного каскада, работающего в режиме В, ток в выходной цепи: протекает лишь в течение половины периода.

20) Усилительный каскад называется дифференциальным, так как: реагирует только на разность входных сигналов.

21) В режиме согласования в усилитель от источника сигнала передаетсячетверть потенциальной мощности источника сигнала

22) Термостабилизация режима работы транзисторных каскадов осуществляется с помощью:  отрицательной обратной связи по постоянному току

23) Дифференциальный усилитель с низкоомным выходом получают, добавляя к дифференциальному каскаду: эмиттерный повторитель.

24) В токовом зеркале база входного p-n-p-транзистора соединена с его коллектором, поэтому транзистор находится в диодном включении, причем функцию диода, открытого для напряжения питания, выполняет: p-n-переход эмиттер-база.

25) При подаче синусоидального сигнала на вход усилительного каскада, работающего в режиме С, ток в выходной цепи: протекает в течение промежутка времени, меньшего половины периода входного сигнала.

 

Ответы на модуль 16 (ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ, ТРИГГЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА И БАЗОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ) по предмету электротехника, электроника и схемотехника.

1) Для переключения асинхронного RS-триггера с прямыми входами в нулевое состояние необходимо подать на его входы следующие сигналы: S=0, R=1.

2) Быстродействие ТТЛ со сложным инвертором можно повысить путем использования: транзисторов с барьером Шотки.

3) Эквивалентная схема интегральной инжекционной логики состоит из: инжектора и инвертора.

4) Что из нижеперечисленного не относится к преимуществам элементов КМОП, выполненных на комплементарных ключах? низкий уровень логического перепада.

5) Устойчивым состоянием симметричного триггера является такое состояние, при котором: один транзистор открыт и находится в режиме насыщения, а другой — в закрытом состоянии.

6) МДП-транзисторы называются также МОП-транзисторами, так как при производстве данных микросхем диэлектриком служит: оксид кремния.

7) Триггеры не могут использоваться как: генераторы синусоидальных сигналов.

8) Для выполнения условия баланса амплитуд в RC-генераторах с мостом Вина необходимо, чтобы коэффициент усиления был: не меньше 3.

9) Для переключения асинхронного RS-триггера с прямыми входами в единичное состояние необходимо подать на его входы следующие сигналы: S=1, R=0.

10) В элементе ТТЛ с простым инвертором по сравнению с элементами ДТЛ входные диодные элементы заменены на: многоэмиттерный транзистор.

11) Симметричный триггер состоит из: двух транзисторных ключей, охваченных положительной обратной связью.

12) Для выполнения условия баланса амплитуд в RC-генераторах с фазосдвигающей трехзвенной цепью необходимо, чтобы коэффициент усиления был: не меньше 29.

13) Какая комбинация входных сигналов является запрещенной для асинхронного RS-триггера с прямыми входами? S=1, R=1.

14) По какому параметру МОП элемент не имеет сравнительного преимущества быстродействие

15) Элемент МОП состоит из: одного нагрузочного транзистора и нескольких управляющих транзисторов.

16) Укажите один из факторов высокого быстродействия элементов эмиттерно-связанной логики: открытые транзисторы не находятся в режиме насыщения.

17) Какую цепь образуют резисторы и конденсаторы в принципиальной схеме RC-генератора с фазосдвигающей цепью?  трехзвенную цепь обратной связи, которая создает положительную обратную связь только на одной частоте

18) RC-генератор с мостом Вина позволяет генерировать колебания в диапазоне частот: от единиц герц до сотен килогерц.

19) Что из нижеперечисленного не относится к преимуществам интегрально-инжекционной логики. высокая помехоустойчивость по отношению к отрицательной помехе

20) RC-генератор гармонических колебаний имеетодну цепь положительной обратной связи и одну цепь отрицательной обратной связи

21) Элемент ТТЛ с простым инвертором имеет преимущество по сравнению с элементами ДТЛ по следующему параметру: степень интеграции элементов.

22) Для увеличения частоты генерации в RC-генераторах необходимоУВЕЛИЧИВАТЬ сопротивление резистора и увеличивать емкость конденсатора цепи положительной обратной связи

уменьшать сопротивление резистора и емкость конденсатора цепи отрицательной обратной связи в ограниченных пределах

23) Мультивибратор – генератор напряжения, который имеет выходной сигнал, близкий к следующей форме: прямоугольной.

24) Какой из нижеперечисленных параметров не относится к преимуществам элементов ТТЛ со сложным инвертором? высокая потребляемая мощность.

25) Среди нижеперечисленных логических элементов самыми быстродействующими являются: элементы эмиттерно-связанной логики.

26) Условиями возникновения автоколебаний являются: баланс амплитуд и баланс фаз только на одной (заданной) частоте в пределах полосы пропускания частот усилителя.

27) Триггером называют устройство, имеющее: два устойчивых состояния и способное под действием управляющих сигналов скачком переходить из одного состояния в другое.

Начало формы

Оценка по данным ответам

 

2.2.4 Методы обеспечения режима работы транзистора в каскадах

УСИЛЕНИЯ

Для нормальной работы любого усилительного каскада необходимо установить определенные токи и напряжения во входной и выходной цепях транзистора при отсутствии входного сигнала. Такой режим называют статическим (режим по постоянному току, режим покоя). Значения постоянных составляющих токов и напряжений определяются источниками питания во входной и выходной цепях усилителя.

В практических схемах отдельный источник смещения во входной цепи ис­пользуется редко, а вводятся дополнительные элементы смещения (обычно ре­зисторы), на которые подается напряжение от источника питания в выходной цепи. Рассмотрим основные способы обеспечения режима по постоянному току в схеме с ОЭ. Основным требованием при этом является обеспечение постоян­ства выбранного режима покоя при изменении температуры и замене транзи­стора.

НЕСТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ ЦЕПИ СМЕЩЕНИЯ

Рассмотрим две основные разновидности нестабилизированных цепей смещения.

Схема усилительного каскада со смещением фиксированным током базы пока­зана на рисунке 3.11. Сопротивление RБ выбирается во много раз большим сопротивления по постоянному току между кол­лектором и базой транзистора, напряже­ние UБЭО « Ек. Поэтому

(3.10)

Рисунок 3.11 – Усилительный каскад со смещением фиксированным током базы

Из (3.10) следует, что ток базы прак­тически не зависит от параметров тран­зистора, имеет фиксированное значение, определяемое лишь напряжением ис­точника питания и сопротивлением RБ. Ток IБ0 и напряжение UБЭ0 являются за­данными и определяются режимом рабо­ты транзистора, связь между ними уста­навливают статические входные характеристики транзистора. Следовательно, для обеспечения требуемого смещения на транзисторе в данном усилителе необ­ходимо правильно выбрать сопротивление резистора RБ, воспользовавшись при этом формулой (3.10). Покажем цепи протекания постоянных токов в усили­тельном каскаде с фиксированным током базы (рисунок 3.11). Ток эмиттера Iэо про­текает от источника питания +Ек через корпус, эмиттерный переход транзистора, далее он разделяется на токи IБ0 и Iко; ток IБ0 протекает через резистор RБ и ис­точник питания -Ек, а ток Iко — через коллекторный переход транзистора, резистор Rк, источник питания – Ек.

Схема усилительного каскада со сме­щением фиксированным напряжением ба­за-эмиттер показана на рисунке 3.12.

Напряжение смещения UБЭ0 обеспе­чивается с помощью делителя напряже­ния Rl и R2 в цепи базы. Из схемы на рисунке 3.12 следует, что Ек = ImR2 + IдлR1 + IБ0R1, где Iдл — ток делителя.

Отсюда

Поскольку UБЭ0 = IдлR2, имеем

(3.11)

Рисунок 3.12 – Усилительный каскад со смещением фиксированным напряжением UБЭ

Как следует из (9.11), чем больше Iдл по сравнению с IБ0, тем меньше напря­жение смещения UБЭ0 зависит от параметров транзистора.

При Iдл IБО из (9.11) получаем UБЭ0 =, то есть смещение зависит только от напряжения источника питания и от сопротивлений делителя R1, R2. Цепи протекания токов Iэо, IБО и Iко такие же, как и в усилителе по схеме рисунка 3.11; ток делителя Iдл протекает через источник питания +Ек, корпус, резисторы R1, R2, ис­точник питания — Ек.

На практике нестабилизированные цепи смещения нашли ограниченное при­менение, поскольку они не устраняют произвольные отклонения режима работы транзистора от заданного.

ПРИЧИНЫ НЕСТАБИЛЬНОСТИ

Статические характеристики транзисторов могут существенно отличаться из-за технологического разброса параметров транзисторов от одного экземпляра к дру­гому, к тому же они имеют сильную зависимость от температуры. Ток коллектора транзистора

Iко  h21Э (IБО + IКБО),(3.12)

где h21Э — низкочастотный коэффициент усиления по току в усилителе с ОЭ; IКБ0 — обратный ток коллектора при отключенном эмиттере транзистора, являю­щийся тепловым током неосновных носителей заряда через pn — переход.

Как следует из (3.12), ток Iко даже при фиксированном токе базы зависит от h21Э и IКБ0. Коэффициент усиления h21Э может меняться от экземпляра к экземп­ляру транзистора в 2-3 раза. Ток IКБ0 резко зависит от температуры. Так, при увеличении температуры на каждые 10°С он увеличивается вдвое у германие­вых и втрое у кремниевых транзисторов. Оба отмеченных фактора могут резко изменить режим работы транзистора. По указанным причинам усилительный каскад со смещением фиксированным током базы практически не применяется.

При смещении фиксированным напряжением база-эмиттер разброс парамет­ров транзистора и изменения температуры значительно меньше влияют на от­клонения от заданного режима работы транзистора. Однако и в этом случае не­стабильность режима может быть существенной.

Изменения температуры и разброс параметров транзисторов приводят к из­менению токов Iко и IБ0. При этом падение напряжения на резисторах R1 и R2 в усилительном каскаде (рисунок 3.12) изменяется. Для некоторого уменьшения этих изменений необходимо, чтобы выполнялось условие Iдл » IБО. Тогда изме­нения IБ0 мало влияют на напряжение смещения UБЭО. В то же время с увеличе­нием Iдл приходится уменьшать сопротивление резисторов Rl и R2, что приводит к увеличению выделяемой на них мощности и уменьшению входного сопротив­ления каскада. Обычно в каскадах предварительного усиления выбирают Iдл = (5-10)IБ0, а в каскадах мощного усиления Iдл = (1-5)IБ0. Задаваясь значени­ем Iдл, определяют сопротивление резистора R1 = UБЭО / Iдл, а сопротивление R2 находится из (9.11).

Следовательно, нестабилизированные цепи смещения могут применяться только в тех случаях, когда усилитель работает при малых колебаниях темпера­туры и при индивидуальном подборе резисторов цепей смещения для применен­ного в усилителе транзистора.

Основные параметры каскада усиления по схеме с общим эмиттером сильно зависят от внешних воздействий.

К ним в первую очередь, как описано выше, следует отнести изменение тем­пературы окружающей среды, вызывающее:

  • изменение обратного тока коллекторного перехода IКБ0.

  • изменение напряжения эмиттерного перехода транзистора.

  • изменение коэффициента передачи тока транзистора h21Э.

  • изменение напряжения питания, изменение сопротивления нагрузки и т. п.

Все эти воздействия приводят к изменению тока коллектора, а следовательно и к изменению выходного напряжения усилительного каскада, но имеется воз­можность их компенсировать специальными схемотехническими решениями.

МЕТОДЫ СТАБИЛИЗАЦИИ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ

Изменение выходного напряжения или тока усилителя, не связанное с воздейст­вием входного сигнала, а обусловленное изменением режимов работы его эле­ментов вследствие воздействия различных внешних дестабилизирующих факто­ров называется дрейфом нуля.

Если входное напряжение и напряжение источника питания постоянны, то ток базы IБ и ток коллектора Iк будут постоянны. В базовой и коллекторной це­пях транзистора будут протекать токи покоя (IБ0 и Iко).

Рисунок 3.13 – Явление дрейфа нуля усилительного каскада: определение тока и напряжения покоя

Этим токам соответствуют напряжения покоя (UБЭО и UKЭ0), которые можно найти как проекцию точки П на пересечении соответствующих характеристик транзистора на оси напряжения (рисунок 3.13).

Пусть входное напряжение Uвх увеличилось на величину Uвх Тогда точка пересечения нагрузочной прямой с осью напряжений сместится вправо на вели­чину Uвх.

Ток базы IБ и напряжение UБЭ получат положительные приращения (IБ и UБЭ), а поэтому положительные приращения получат коллекторный ток и выходное напряжение каскада (Uвых = IкRк).

Таким образом получим равенство: Uвых = Uкэ. Новый режим в схеме будет характеризоваться точкой покоя П1).

Внешние возмущения, изменяя ток покоя Iко, выводят усилитель из заданно­го режима работы. Это особенно опасно для режима класса А, так как может вы­вести транзистор в нелинейную область его характеристик, что вызовет увеличе­ние коэффициента нелинейных искажений или вообще приведет к появлению одностороннего ограничения выходного сигнала при заходе рабочей точки в ре­жим насыщения или отсечки.

По этой причине при проектировании транзисторных усилителей вопрос ста­билизации точки покоя является одним из главных.

Существуют три основных метода стабилизации режима работы транзистор­ного каскада: термокомпенсация, параметрическая стабилизация, введение цепей отрицательной обратной связи.

МЕТОД ТЕРМОКОМПЕНСАЦИИ

Этот метод базируется на том, что внешними конструктивными и схемотехниче­скими решениями стараются исключить воздействие на транзисторный каскад нежелательных возмущений. Так, если основным возмущающим фактором явля­ется изменение температуры окружающей среды (изменение температуры при­ведет к изменению тока Iк, а следовательно и к изменению положения точки по­коя, поэтому надо добиться, чтобы ток Iк имел определенную стабильность), то наиболее чувствительные к этим воздействиям каскады усилителя могут быть конструктивно выделены в некоторый самостоятельный узел, в котором прину­дительно (вне зависимости от внешних условий) поддерживается неизменная температура, что и дало название методу.

В эту же группу методов можно отнести: питание наиболее подверженных кас­кадов стабилизированным напряжением, применение элементов со стабильными параметрами и т. п.

Общим для всех этих методов является исключение действия возмущений на каскад, вызывающих недопустимые изменения его параметров.

МЕТОД ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ

Базируется на использовании в транзисторных каскадах специальных элемен­тов, характеристики которых зависят от внешних возмущающих воздействий, причем изменения параметров этих элементов должны компенсировать измене­ния параметров каскада. Примером такого элемента может быть терморезистор.

Рисунок 3.14 – Схема термокомпенсаци и точки покоя транзисторного каскада

Терморезистор — это полупроводниковый резистор, сопротивление которого сильно зависит от температуры. В качестве примера на рисунке 3.14 приведена схема транзи­сторного каскада, в которой для введения на­чального смещения рабочей точки использу­ется внешний делитель на терморезисторах RБ1 и RБ2.

Очевидно, что в данной схеме при измене­нии температуры окружающей среды будет уве­личиваться ток Iко.

Это обусловлено уменьшением напряжения UБЭ вследствие сдвига входной характеристи­ки транзистора влево и увеличением h21Э и Iко. Чтобы сохранить ток Iко на неизменном уров­не, требуется уменьшить начальное смещение. Для этого необходимо либо увеличить RБ1, либо уменьшить RБ2.

Возможно и одновременное изменение сопротивления обоих резисторов. При соответствующем подборе терморезисторов ток Iко остается постоянным.

Рисунок 3.15 – Параметрическая стабилизация режима покоя усилительного каскада с использованием дополнительного транзистора

Во входном делителе могут быть использованы различные элементы – либо терморезисторы, либо полупроводниковые приборы. На рисунке 3.15 показано использование та­кого элемента — эмиттерного перехода до­полнительного транзистора VT2.

Если параметры транзисторов VT2 и VT1 одинаковы, то такое решение позволяет полностью устранить изменение тока по­коя коллектора Iко, вызванное изменени­ем напряжения UБЭ.

Такое решение находит широкое при­менение при разработке аналоговых инте­гральных схем.

Общим для обоих рассмотренных ме­тодов является компенсация только одно­го из дестабилизирующих факторов.

Так, при использовании параметриче­ского метода трудно подобрать элементы, способные в широком диапазоне измене­ния внешних возмущений достаточно точно стабилизировать параметры транзисторного каскада, поэтому рассмотренные выше методы применяются как до­полнительные, то есть совместно с введением в каскад различных цепей обрат­ной связи.

ВЫВОДЫ:

1. Для обеспечения требуемого режима работы усилительных элементов необ­ходимо иметь по крайней мере два напряжения между эмиттирующим и вы­ходным электродами и между эмиттирующим и управляющим электродами (смещение).

2. Создание напряжения смещения, как правило, осуществляется от источника питания.

3. Изменение температуры коллекторного перехода биполярных транзисторов приводит к изменению тока IКБО, что вызывает смещение точки покоя, ко­торое особенно проявляется в каскадах, где транзисторы включены по схеме с общим эмиттером. Поэтому такие каскады требуют обязательной стабили­зации режима работы.

4. Стабилизация режима работы может осуществляться за счет отрицательной обратной связи.

5. В некоторых случаях применяют термокомпенсацию точки покоя включени­ем термозависимых сопротивлений.

Режим работы по постоянному току

2.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ)

19

 

 

Режим работы по постоянному току является важнейшей характеристикой усилительного каскада и характеризует его работу при отсутствии в напряжение на входе усилительного каскада переменной составляющей, которая и является усиливаемой величиной.

Режим работы по постоянному току характеризуется положением рабочей точки – точки на нагрузочной характеристике, соответствующей нулевому уровню переменной составляющей входного напряжения.

На рисунке 2.15 мы видим, что нагрузочная линия, как и выходные характеристики транзисто-

ра, находятся с одной стороны от оси UКЭ, следовательно на выходе

усилительного каскада будет сигнал одной полярности, а составля-

ющие противоположной полярности будут утеряны.

Положение рабочей точки опре- деляется величиной и знаком постоянной составляющей входно-

го напряжения напряжения UБЭ0. Если входное напряжение меняется по закону синуса, то получим следующее выражение:

u= UБЭ0 + UБЭm sin ωt

Взависимости от положения рабочей точки на нагрузочной характеристике различают 3 класса усилителей:

Рис. 2.17. Режимы работы усилителя а) входной сигнал;

б) режим А; в) режим B; г) режим C;

Класс А (рис. 2.17б)– режим, при котором напряжение в выходной цепи изменяется в течении всего периода входного сигнала. В этом случае рабочая точка находится посредине участка нагрузочной характеристики, соответствующего линейному участку характеристик транзистора а входной и выходной сигналы являются пульсирующи-

20

2. Теоретическое введение

 

 

ми3. Отсюда следует, что при нулевом сигнале на входе (напомним, что входным сигналом для нас является переменная составляющая), напряжение на выходе будет равно UКЭ0. Отсюда следует, что при нулевом сигнале на входе, напряжение на выходе будет равно UКЭ0.

Следует обратить внимание на то, что в связи с нелинейностью характеристик транзистора в области низких значений тока коллектора, максимальное амплитудное значение выходного сигнала (UКЭm) будет несколько меньше UКЭ0.

Достоинством класса А являются малые нелинейные искажения,

однако КПД каскада η = P (P – выходная мощность, P0 – мощность,

P0

потребляемая усилителем от источника питания) очень мал – 0, 5.

В основном класс А используется в каскадах предварительного усиления.

Класс B – режим, при котором напряжение в выходной цепи изменяется в течении приблизительно половины периода входного сигнала (рис. 2.17в), т.е. входной сигнал является переменным4 и происходит потеря половины его периода.

При анализе режимов работы усилителей удобно использовать угол отсечки θ – половина угла, соответствующего участку периода, на котором не происходит изменение выходного сигнала. Для каскада, работающего в идеальном режиме В, величина угла отсечки равна π/2. В этом случае величина постоянной составляющей равна 0, а КПД может достигать величины η = 0, 8. Нелинейные искажения имеют сравнительно небольшую величину и в основном сконцентрированы в области нулевого значения входного и выходного сигналов. Это связано с нелинейном характером начальных участков входных и выходных характеристик транзистора.

Класс B получил широкое распространение в двухтактных усилительных каскадах5, однако идеальный класс В (θ = π/2) применяется редко, наибольшее распространение получил промежуточный

3Пульсирующий сигнал меняется только по величине, знак остаётся постоянным, т.е. это сигнал одной полярности.

4Переменный сигнал меняется как по величине, так и по знаку 5В двухтактном усилительном каскаде имеется два усилительных элемента, каждый из

которых усиливает напряжение одной из полярностей, они позволяют обеспечить изменение выходного напряжения в течении всего периода входного. Недостатком подобных каскадов является невозможность найти два абсолютно одинаковых транзистора, что приводит к искажениям в местах соединения разнополярных полупериодов на выходе усилителя

2.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ)

21

 

 

Класс АВ6, при котором угол отсечки несколько больше π/2, то есть к входному напряжению прибавляется постоянная составляющая, величина которой составляет 5 . . . 15% от максимального входного напряжения. Наличие постоянной составляющей такой величины позволят выйти из нелинейного участка в начале входных и выходных характеристик транзистора.

Класс С – режим, при котором напряжение в выходной цепи изменяется в течении времени значительно меньшего половины периода входного сигнала (рис. 2.17г), т.е. 0 < θ < π/2. Этот класс характеризуется высоким КПД и сильными нелинейными искажениями. Свое применение он нашел в избирательных усилителях и автогенераторах, для работы которых достаточно наличия нулевой гармоники.

Помимо аналоговых классов усилителей, имеется импульсный Класс D, который характеризуется наличием только двух уровней выходного напряжения – максимальное и нулевое, то есть транзистор работает в ключевом режиме – либо полностью открыт, либо полностью закрыт. Подобные усилители широко применяются в импульсной технике, отличаются очень высоким КПД и малыми нелинейными искажениям. Сигналы, которые усиливаются ими, используют широтноимпульсную модуляцию (ШИМ), при которой информация кодируется

длительностью импульса.

 

 

 

 

 

В нашей работе мы рассматриваем

 

 

 

 

 

усилительный каскад класса ”A”. Его

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

особенностью является то, что рабочая

 

 

 

 

 

точка выбирается между точками ”с” и

 

 

 

 

 

”d” нагрузочной характеристики так, что-

 

 

 

 

 

бы входной и выходной сигнал всегда на-

 

 

 

 

 

ходились на линейных участках характе-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ристик транзистора. На рис. 2.18 показа-

 

 

 

 

 

но положение рабочей точки на выходной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

характеристике транзистора. Здесь точка

 

 

 

 

 

”A” соответствует рабочей точке, точка

Рис. 2.18. Рабочая точка на

”a” – минимальному, а точка ”b” – мак-

выходных характеристиках

симальному уровню выходного сигнала.

 

 

транзистора

Точки ”a” и ”b” выбираются таким обра-

 

 

 

 

 

зом, чтобы они находились на линейных

 

 

 

 

 

6На практике часто режим АВ обозначается как режим В, что не всегда особо оговаривается

22

2. Теоретическое введение

 

 

участках как входных, так и выходных характеристик транзистора. Рабочая точка выбирается на середине отрезка ab.

Положение рабочей точки, а следовательно и класс усилителя, определяется величиной и знаком постоянного напряжения UБЭ0, создаваемого на входе усилителя делителем напряжения R1R2 (рис. 2.19).

Значения сопротивлений резисторов R1 и R2 определяются следующими выражениями:

R1 = EК − UБЭ0

IД + IБ0

R2 = UБЭ0

IД + IБ0

Здесь UБЭ0 и IБ0 соответствуют положению рабочей точки на входной характеристики и определяются с помощью графических на входных характеристиках транзистора, IД – ток делителя, протекающий через резисторы R1R2. Для повышения стабильности напряжения смещения желательно чтобы величина IД была достаточно высокой, однако в целях экономии энергии источника питания EК, значение IД выбирается в пределах:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IД = (2 . . . 5)IБ0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При расчёте резисторов R1 и R2 мы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

предполагаем, что постоянная составляю-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

щая входного сигнала равна нулю, одна-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ко, в реальных схемах это предположение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зачастую не верно, поэтому, для удале-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ния постоянной составляющей во входном

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сигнале на входе схемы ставится разде-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лительный конденсатор CР1, а для удале-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ния постоянной составляющей, созданной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.19. Усилительной

делителем R1R2 — конденсатор CР1 на

каскад с ОЭ и делителем

выходе.

 

 

 

напряжения R1R2

Помимо подавления постоянной со-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ставляющей, разделительные конденсато-

ры оказывают воздействие и на переменную. Можно выделить два воздействия: подавление переменной составляющей на нижних частотах и смещение фазы выходного сигнала. Подавление переменного

2.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ)

23

 

 

сигнала на нижних частотах связано с характером емкостного сопротивления XC = 1/ωC, где ω = 2πf – круговая частота, в результате коэффициент усиления на частотах от 0 до fН оказывается мал и при f → 0 также стремится к нулю. Этим объясняется провал АЧХ на нижних частотах у усилителей, в которых используются конденсаторы. В рассматриваемой схеме воздействие конденсаторов на разность фаз между напряжением и током, в связи с малыми значениями емкостей конденсаторов, достаточно мало и мы им пренебрежём.

Ёмкость конденсатора Cр1 рассчитывается исходя из того, что его емкостное сопротивление на нижней частоте должно быть много меньше входного сопротивления каскада:

1

2πfНCР1 RВхК

В обычных расчётах достаточно чтобы XCР1 не превышало 10% от входного сопротивления:

1

2πfНCР1 ≤ 0, 1RВхК

Отсюда

10

CР1 ≥ 2πfНRВхК ,

или, для Cр1, выраженного в микрофарадах:

CР1 ≥

10

106

 

2πfНRВхК

Входное сопротивление каскада RВхК, равно сумме сопротивлений базы и входного сопротивления транзистора:

RВхК = RБRВхТ ,

RБ + RВхТ

а сопротивление базы — сумме сопротивлений R1R2 делителя, также включённых параллельно:

RБ = R1R2 . R1 + R2

Величина RБ, во избежании шунтирующего действия по отношению к входному сопротивлению транзистора, должна быть в пределах

Термостабилизация работы транзистора | Техника и Программы

   
   

   Когда говорят о термостабилизации, имеют в виду те или иные технические средства, способствующие по­вышению стабильности (устойчивости) режима работы транзисторов при изменении температуры.

   На прошедших практикумах мы не уделяли должного внимания термостабилизации, так как все. опыты прово­дили в условиях комнатной температуры, незначитель­ные колебания которой не сказывались на работе тран­зисторов. Но попробуй искусственно изменять темпера­туру транзистора в сравнительно широких пределах, на­пример от 0 до 50…70 °С. Как при таких температурных условиях станет работать транзистор?

   

   Сам по себе ток Iкo — величина небольшая. У низко­частотных германиевых транзисторов малой мощности, например, этот ток, измеренный при обратном напряже­нии 5 В и температуре 20 °С, не превышает 20…30 мкА, а у кремниевых транзисторов он не более 1 мкА. Непри­ятность же заключается в том, что он изменяется при воздействии температуры. С повышением температуры на 10°С ток Iка германиевого транзистора увеличивает­ся примерно вдвое, а кремниевого транзистора — в 2,5 раза, ЕСЛи, например, при температуре 20 °С ток Iко германиевого транзистора составляет 10 мкА, то при по­вышении температуры до 60°С он может возрасти до 150…160 мкA.

   Toк IКО характеризует свойства только коллекторного p-n перехода. В реальных же рабачих условиях напря­жение источника питания оказывается приложенным не к одному, а к двум р-n переходам. При этом обратный ток коллектора течет и через эмиттерный переход и itaif бы усиливает сам себя, В результата значение неуправ­ляемого, но самопроизвольно изменяющегося под воз­действием, темпералгуры тока увеличивается, в несколыю раз. А чем больше его доля а коллекторном токе, тем нестабильнее режим работы транзистора в различных температурных услориях.

   Что же происходило с транзистором первого опытно­го усилителя НЧ (рис, 72)? G повышением температуры общий ток коллекторной цепи увеличился, вызывая все большее падение напряжения на нагрузочном резисторе R2. Напряжение же между коллектором и. эмиттером при атом уменьшилось, что привело к появлению иска­жений звука. При дальнейшем повышении температуры напряжение на коя лекторе стало столь малым, что тран­зистор вообще перестал усиливать входной сигнал.

   И все же германиевые транзисторы могут нормально работать при температуре окружающей среды от — 60 до +70°С, а кремниевые — от — 60 до +120°С. Умень­шение влияния темлературы на ток коллектора возмож­но либо путем использования т аппаратуре, предназна­ченной для работы со значительными колебаниями температуры, транзисторов с очень малым током Iко, либо применением специальных мер, термостабилизирующих режим работы транзисторов.

   В связи с этим проделай следующий опыт (рис. 74). Базовый резистор R1 включи между базой и коллекто­ром. Его сопротивление должно быть таким, чтобы кол­лекторный ток покоя, как и в первом опыте, был 1 мА.

   Погрузи корпус транзистора в лед, а через две…три минуты — в воду, нагретую до температуры 50…60°С. Как теперь изменяется коллекторный ток транзистора? Значительно меньше, чем в первом опыте. Попробуй до­вести температуру воды до 80…90°С. Транзистор сохра­нит работоспособность, хотя, возможно, появятся не­большие искажения звука.

   Что изменилось при таком включении базового рези­стора? Оставаясь элементом, через который на базу транзистора подаётся отрицательное напряжение смеще­ния (0,1…0,2 В), он в то же время образовал между кол­лектором и базой цепь отрицательной обратной связи по постоянному и переменному току, что несколько сни­зило усиление, но улучшило качество работы усилителя. Обратная связь действует следующим образом. При на­гревании транзистора коллекторный ток увеличивается, а напряжение на коллекторе уменьшается. Одновременно уменьшается и отрицательное напряжение смещения на базе транзистора, что влечет за собой уменьшение кол­лекторного тока. Таким образом, за счет автоматическо­го воздействия коллекторного тока на ток базы и тока базы на ток коллектора режим работы транзистора ста­билизируется.

   Теперь рассмотри схему .усилителя, показанную на рис. 75. Здесь резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения источника питания Uпит, с которого на базу транзистора подается фиксированное напряжение смеще­ния. В цепь эмиттера включен резистор R4, создающий отрицательную обратную связь по постоянному и пере­менному току. Чтобы устранить обратную связь по пе­ременному току, сильно снижающую усиление каскада, эмиттерный резистор шунтируют конденсатором (на рис. 80 показан штриховыми линиями). При таком спо­собе включения транзистора на его базе относительно эмиттера должно быть отрицательное напряжение, рав­ное минус 0,1…0,2 В, что обеспечивает транзистору нор­мальную работу в режиме усиления.

   

   Как в этом случае термо-стабилизируется работа уси­лителя? Увеличение коллек­торного тока, вызываемое повышением температуры транзистора, сопровождает­ся увеличением падения на­пряжения на резисторе R4, а значит, и увеличением на­пряжения на эмиттере. При этом напряжение между ба­зой И эмиттером уменьшает­ся, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению кол­лекторного тока транзистора.

   Повтори опыт с изменением температуры транзисто­ра такого усилителя. Сравни изменения коллекторного тока и качество работы с результатами первых двух опытов. Преимущество окажется на стороне третьего ва­рианта усилителя. Да, такой способ термостабилизации режима работы транзистора является наиболее эффек­тивным.

   Какие практические выводы позволяют сделать про­веденные опыты? Первый опытный усилитель (см. рис. 72) самый нестабильный. Такое включение транзисторов можно использовать для аппаратуры, работающей при небольших колебаниях температуры. А вот если прием­ник или усилитель предполагается эксплуатировать в раз­личных температурных условиях, транзисторы следует включать вторым (рис. 74) или третьим (рис. 75) спосо­бами.

   Второй способ хорош простотой, но при нем сни­жается усиление сигнала. Третий способ требует допол­нительных деталей, зато дает лучший эффект термоста­билизации и не снижает усиление. Он, кроме того, поз­воляет производить замену транзисторов без дополни­тельного подбора деталей, определяющих их режим ра­боты.

   Эти выводы, которые относятся и к каскадам усиле­ния колебаний высокой частоты, ты сможешь проверить опытным путем на тех усилителях или приемниках, кото­рые конструируешь или собираешься конструировать.

   Подобные опыты можно провести и с транзисторами структуры n-р-n, например, серий МП35…МП38, КТ315.

   Надо только изменить полярность включения источника питания на обратную. В зависимости от значений томов Iко и статических коэффициентов передачи ток» ис­пользуемых транзисторов изменения коллекторных то­ков могут быть больше или меньше, но общие резуль­таты окажутся примерно такими же.

   

Литература:
Борисов В. Г. Практикум начинающего радиолюбителя.2-е изд., перераб. и доп. — М.: ДОСААФ, 1984. 144 с., ил. 55к.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *