Файл: конспект лекций схемотехника.pdf

RК

+EК

RБ

Uвих

Uвх VT1

Рисунок 3.12 – Колекторна термостабілізація

Розглянемо, як працює схема з колекторною термостабілізацією. Якщо, наприклад, під впливом дестабілізувальних факторів збільшується IК 0 , то падіння

напруги на резисторі RК також зростає. При цьому якщо напруга EК const , струм бази IБ 0 зменшується, що перешкоджає зростанню струму IК 0 .

Схема колекторної стабілізації проста й економічна, але має обмежене застосування через низку недоліків. Ефективність схеми колекторної стабілізації тим вища, чим більший опір RК . Але на резисторі RК також виникає

небажаний негативний зворотний зв'язок і за змінним сигналом: паралельний за напругою. Цей негативний зворотний зв'язок зменшує підсилення, зменшує вхідний і збільшує вихідний опори каскаду.

Вищу стабільність точки спокою забезпечує схема емітерної стабілізації (рисунок 3.13), найбільш широко використовувана на практиці.

У схемі емітерної стабілізації елементом стабілізації режиму є резистор RE . На цьому резисторі виникає також негативний зворотний зв'язок і за сигналом (послідовний за

83

струмом). Напруга зміщення UБE0 утворюється за рахунок базового подільника R1, R2 і напруги на резисторі RE .

+EК

R1 RК

Uвих

Uвх VT1

Рисунок 3.13 – Емітерна термостабілізація

Розглянемо, як працює схема з емітерною термостабілізацією. Якщо, наприклад, під впливом дестабілізувальних факторів збільшується IK 0 також

збільшується IE0 , що приводить до зростання падіння напруги на резисторі RE . За постійної напруги ЕК потенціал бази UБ 0 фіксується подільником напруги R1 , R2 . Зі збільшенням падіння напруги на резисторі RE , напруга UБE0 зменшується, зменшується струм IБ 0 , що перешкоджає зростанню струму колектора IK 0.

Зміна струму колектора з підвищенням температури:

струму.

Якщо в одному підсилювальному каскаді застосувати і колекторну і емітерну стабілізації одночасно, то одержимо схему комбінованої стабілізації (рисунок 3.14).

RФ

Uвих

Uвх VT1

Рисунок 3.14 – Комбінована термостабілізація

У схемі комбінованої стабілізації резистор RE – елемент емітерної стабілізації, резистор RФ – елемент колекторної стабілізації. Конденсатор СФ значної ємності усуває негативний зворотний зв'язок за сигналом. Коло RФСФ утворює фільтр нижніх частот, який, окрім

стабілізації режиму, може виконувати ще декілька функцій: розв'язувати каскади у колі живлення, щоб усунути самозбудження підсилювача через зворотний зв'язок через загальне коло живлення: згладжувати пульсації живлячої напруги; виконувати роль резистора, на якому зменшується напруга живлення.

85

4 Підсилювальні каскади на біполярному транзисторі

4.1Підсилювальний каскад зі спільним емітером

Існує безліч варіантів виконання схеми підсилювального каскаду на транзисторі зі спільним емітером (СЕ). Особливості каскадів СЕ розглянемо на прикладі схеми, наведеної на рисунку 4.1.

Рисунок 4.1 – Схема підсилювального каскаду СЕ

Основними елементами схеми є джерело живлення EK , керований елемент – транзистор VT1 і резистор RK . Ці

елементи утворюють головне коло підсилювального каскаду, в якому за рахунок проходження керованого по колу бази колекторного струму створюється підсилена змінна напруга на виході схеми. Решта елементів каскаду виконує допоміжну роль. Конденсатори Ср1 , Ср2 є

розділовими. Конденсатор Ср1 виключає шунтування

вхідного кола каскаду колом джерела вхідного сигналу за постійним струмом, що дозволяє, по-перше, виключити проходження постійного струму через джерело вхідного сигналу по колу EK R1 Rг і, по-друге, забезпечити

86

незалежність від внутрішнього опору цього джерела Rг напруги на базі UБЕ0 у режимі спокою. Функція конденсатора Ср2 зводиться до пропускання в

навантаження змінної складової напруги і затримання постійної складової.

Резистори R1 , R2 використовуються для завдання

режиму спокою каскаду. Оскільки біполярний транзистор керується струмом, струм спокою керованого елемента (в даному випадку струм IК 0 ) створюється заданням

відповідної величини струму бази спокою IБ 0 . Резистор R1 призначений для створення кола проходження струму IБ 0 . Спільно з R2 резистор R1 забезпечує початкову напругу на базі UБЕ0 щодо затискача «+» джерела живлення.

Резистор RE є елементом негативного зворотного зв'язку, призначеним для стабілізації режиму спокою каскаду при зміні температури. Конденсатор CЕ шунтує резистор RE за змінним струмом, виключаючи тим самим прояв негативного зворотного зв'язку в каскаді за змінними складовими. Відсутність конденсатора CЕ привела б до

зменшення коефіцієнтів підсилення схеми.

Назва схеми «зі спільним емітером» означає, що вивід емітера транзистора за змінним струмом є спільним для вхідного і вихідного кіл каскаду.

Падіння змінної напруги на конденсаторах СР1 , СР2 , CЕ повинно бути мінімальним. Для цього необхідно, щоб на робочій частоті f р вхідного сигналу виконувалися співвідношення:

де Rвхсе вхідний опір підсилювача.

Принцип дії каскаду СЕ полягає в такому. При збільшенні вхідної напруги потенціал бази транзистора VT1 підвищується. Завдяки тому, що за змінним струмом емітер з’єднується зі спільною шиною, зростає напруга UБЕ , що призводить до збільшення струму бази IБ , підвищення якого, у свою чергу, зумовлює зростання струму колектора IК . При цьому зростає падіння напруги на резисторі RK та

зменшується напруга на колекторі. У цій схемі поряд із підсиленням сигналу мас місце зміна його фази на 180 (інверсія).

Підсилювальний каскад СЕ можна розрахувати аналітично на підставі фізичної моделі транзистора. Такий метод прийнятний за невеликих змін вхідного сигналу, тобто коли транзистор працює на лінійних ділянках ВАХ. За великого рівня вхідних сигналів лінійну модель транзистора використовувати не можна, застосовується графоаналітичний метод, при якому розрахунок проводиться за вхідною та вихідною динамічними характеристиками транзистора.

Розрахунок підсилювального каскаду СЕ графоаналітичним методом показано на рисунку 4.2. При цьому проводиться аналіз як за постійним, так і за змінним струмом за допомогою навантажувальних прямих.

88