Файл: Стабилизация параметров транзисторных усилителей..pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.02.2024

Просмотров: 284

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

с та ти ч е с к о й

х а р а к т е р и с т и к и ; в т о ч к е А

5 Пр л — 150 м а /в ,

а в то ч к а х

В и С — с о о т в е т с т в е н н о 146 и

160 м а /в .

Т а к к а к и зм е н е н и я к р у т и зн ы и н а п р я ж е н и я б а з о в о г о с м е щ е н и я п р о и с х о д я т с т е м п е р а т у р о й п р а к т и ч е с к и по л и н е й н о м у 'з а к о н у , то м о ж н о п р е д п о л о ж и т ь , ч то т о ч к и А, В и С б у д у т л е ж а т ь н а о д н о й п р я м о й .

В ч а с т н о с т и , и з рис. 3 -3 с л е д у е т , ч то д л я п о д д е р ж а ­ н и я п о с т о я н с т в а к о э ф ф и ц и е н т о в у с и л е н и я к а с к а д а по то к у и н а п р я ж е н и ю в и н т е р в а л е о т — 2 0 д о + 5 0 ° С п о с т о я н н а я с о с т а в л я ю щ а я к о л л е к т о р н о г о т о к а т р а н з и ­

с т о р а д о л ж н а

и з м е н я т ь с я п р и м е р н о

о т 7,5

д о 4 ,7

м а ,

а н а п р я ж е н и е

б а з о в о г о с м е щ е н и я —

о т 0,1 д о

0 ,2 5

в.

К а к п о к а з ы в а ю т э к с п е р и м е н т ы , п р и с т а б и л и з а ц и и

п а р а м е т р о в у с и л и т е л ь н о г о к а с к а д а м е т о д о м « п л а в а ю ­ щ ей » р а б о ч е й то ч к и м олено о б е с п е ч и т ь о ч е н ь в ы с о к у ю с т а б и л ь н о с т ь к о э ф ф и ц и е н т а у с и л е н и я п о н а п р я ж е н и ю

в ш и р о к о м

и н т е р в а л е т е м п е р а т у р [Л . 42 , 95].

В м е с т е

с тем с т а б и л и з а ц и я у к а з а н н ы м с п о с о б о м п р и ­

м е н и м а в о с н о в н о м д л я к а с к а д о в , р а б о т а ю щ и х п ри с р а в н и т е л ь н о н е б о л ь ш и х с и г н а л а х , т а к к а к п е р е м е щ е н и е р а б о ч е й то ч к и к а с к а д а п р о и с х о д и т в б о л ь ш и х п р е д е ­ л а х , о ч ем с в и д е т е л ь с т в у е т , в ч а с т н о с т и , п р и в е д е н н ы й в ы ш е п р и м ер .

Р а с ч е т о п т и м а л ь н ы х п р е д е л о в и з м е н е н и я т о к а к о л ­ л е к т о р а м о ж е т б ы ть п р о и з в е д е н т а к ж е п о с л е д у ю щ е й э м п и р и ч е с к о й ф о р м у л е :

 

(3 -43)

С о гл а с н о (1-58)

 

= « к , .с {1 - \ь - ч if - 80)]} .

(3-44)

В п р и в е д е н н о м п р и м е р е , е с л и у ч и т ы в а т ь , ч т о д л я т р а н з и с т о р о в р а с с м а т р и в а е м о г о т и п а 6 — 0 ,3 2 , п ~ 1 1 , З Х

Рис. 3-4.

Усилительный каскад

Р е з у л ь т а т ы р а с ч е т а

по

ф о р м у л а м

(3 -4 3 ) и

(3 -

4 4 )

с параллельной отрицательной

обратной

связью.

х о р о ш о с о

г л а с у ю т с я

с д а н -


п ы м и , п о л у ч е н н ы м и г р а ф и ­

 

 

 

 

 

 

 

ч ески м

м ето д о м .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р а с ч е т

э л е м е н т о в

цеп ей ,

 

 

 

 

 

 

 

о б е с п е ч и в а ю щ и х 'п е р е м е щ е ­

 

 

 

 

 

 

 

н и е р а б о ч е й то ч к и у с и л и т е л ь ­

 

 

 

 

 

 

 

н ого

к а с к а д а

п о о п т и м а л ь ­

 

 

 

 

 

 

 

ной

т р а е к т о р и и ,

м о ж е т б ы ть

Рис. 3-5. Усилительный

каскад

п р о и зв е д е н

п р и

и звестн о й

с

последовательной

 

отрица­

в е л и ч и н е к о э ф ф и ц и е н т а

р е ­

 

тельной обратной связью.

 

ж и м н о й

н е с т а б и л ь н о с т и

s.

 

 

 

"ос

 

 

 

У ч и т ы в а я ,

что

в д а н н о м

с л у ­

 

 

 

 

 

 

ч ае в е л и ч и н а

 

п р и р а щ е н и я

 

 

 

 

 

 

 

т о к а к о л л е к т о р а

я в л я е т с я

 

 

 

 

 

 

 

з а д а н н о й ,

р а с ч е т

к о э ф ф и ­

 

 

 

 

 

 

 

ц и е н т а р е ж и м н о й н е с т а б и л ь ­

 

 

 

 

 

 

 

н о с ти м о ж е т б ы ть вы п о л н ен

 

 

 

 

 

 

 

по ф о р м у л а м

(3 -10)

и

(3 -1 5 ).

 

 

 

 

 

 

 

М е т о д « п л а в а ю щ е й » р а б о ­

 

 

 

 

 

 

 

чей

то ч к и

не

п о з в о л я е т

о б е ­

Рис. 3-6. Усилительный каскад

с п е ч и т ь о д н о в р е м ен н у ю

с т а ­

с

комбинированной

последова­

б и л и з а ц и ю

т а к и х п а р а м е ­

тельно-параллельной

отрица­

тельной обратной связью.

 

т р о в , к а к к о э ф ф и ц и е н ты у с и ­

 

 

 

 

 

 

 

 

л е н и я к а с к а д а п о н а п р я ж е ­

 

 

 

 

 

 

 

нию

и т о к у ,

а

т а к ж е

его

 

 

 

 

 

 

 

в х о д н о е и в ы х о д н о е со п р о ­

 

 

 

 

 

 

 

т и в л е н и я . Э то о б у с л о в л е н о

 

 

 

 

 

 

 

те м , ч то д л я о п р е д е л е н и я у с ­

 

 

 

 

 

 

 

л о в и й с т а б и л ь н о с т и у п о м я ­

 

 

 

 

 

 

 

н у т ы х п а р а м е т р о в п р и х о д и т ­

 

 

 

 

 

 

 

ся п о л ь з о в а т ь с я . с т а т и ч е с к и ­

 

 

 

 

 

 

 

м и

х а р а к т е р и с т и к а м и р а з ­

 

 

 

 

 

 

 

л и ч н ы х в и д о в , в с л е д с т в и е ч е ­

 

 

 

 

 

 

 

го н е и з б е ж н о в о з н и к а ю т п р о ­

Рис.

3-7.

Потери

мощности

т и в о р е ч и я

м е ж д у

ч астн ы м и

р е ш е н и я м и . К р о м е

то го ,

п ри

в

цепях

стабилизации

усили­

р е а л и з а ц и и

о п ти м а л ь н о й

тельных каскадов с

параллель­

ной

тц,

последовательной

i\2

т р а е к т о р и и

п е р е м е щ е н и я

р а ­

и

параллельно-последователь­

б о ч ей

то ч к и

д а ж е

д л я

с т а ­

ной Г|з отрицательной обратной

б и л и з а ц и и

л ю б о го

и з

п а р а ­

связью на

постоянном

токе.

 

м е т р о в в о т д е л ь н о с т и п р и х о ­

 

 

 

 

 

 

 

д и т с я п р е о д о л е в а т ь

с у щ е ств е н н ы е

тр у д н о сти , т а к

к а к

не

в с е г д а у д а е т с я с о в м е ст и ть у с л о в и я с та б и л ь н о с ти п а р а ­ м е т р а п р и п о л о ж и т е л ь н ы х и о т р и ц а т е л ь н ы х т е м п е р а т у ­ р а х .


Н а к о н е ц , при с т а б и л и з а ц и и п а р а м е т р о в у с и л и т е л ь ­ н ы х к а с к а д о в м ет о д о м « п л а в а ю щ е й » р а б о ч е й т о ч к и не и с к л ю ч а е т с я н е о б х о д и м о с т ь п р и н я т и я д о п о л н и т е л ь н ы х м ер д л я о с л а б л е н и я в л и я н и я п р о и з в о д с т в е н н о г о р а з б р о ­ са п а р а м е т р о в т р а н з и с т о р о в и и х и зм е н е н и й в с л е д с т в и е

с т а р е н и я .

П о тер и н а п о с то я н н о м т о к е . С т а б и л и з а ц и я р а б о ч е г о р е ж и м а м о ж е т б ы т ь о с у щ е с т в л е н а п р и м и н и м а л ь н ы х п о т е р я х у с и л е н и я , но с о п р о в о ж д а е т с я д о п о л н и т е л ь н ы м и з а т р а т а м и э н е р г и и о т и с т о ч н и к о в п и т а н и я . П о с л е д н и е

м о гу т б ы т ь р а с с ч и т а н ы

по

ф о р м у л а м

[Л . 92]:

 

 

 

д л я к а с к а д а с п а р а л л е л ь н о й О О С н а п о с т о я н н о м т о ­

к е

(р и с . 3 -4 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Я " 01

 

1 — s, (1 — а ) .

(3 -45)

 

ч =

я

» , +

/ Г

***"«■ (■ +

“) - ' •

 

 

 

 

д л я к а с к а д а с п о с л е д о в а т е л ь н о й О О С н а п о с т о я н н о м

т о к е (р и с. 3 -5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ = - р с т р г “ ° - 95 ( ° ' 0 5 + ^ ) :

<3 ' 4 6 >

 

д л я к а с к а д а с п а р а л л е л ь н о - п о с л е д о в а т е л ь н о й О О С

н а п о с то я н н о м т о к е (р и с. 3 -6 )

 

 

 

 

 

 

 

 

Р СТ

В

(3 -47)

 

 

 

Р о г + Р в

2 +

£ ’

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г д е

Р " ст, 'Р 'ст

и

Р ст — м о щ н о сть,

р а с х о д у е м а я

в ц е п я х

стаб и ли зац и и ;

Р Б

1 КЕ — м о щ н о сть,

п о т р е б л я е м а я

в

и д е н ти ч н о м р е ж и м е к а с к а д о м с ф и к с и р о в а н н ы м с м е щ е ­ н и ем ; $1, б2 и s — с о о т в е т с т в е н н о к о э ф ф и ц и е н т ы р е ж и м ­ н о й н е с т а б и л ь н о с т и к а с к а д о в с п а р а л л е л ь н о й , п о с л е д о ­

в а т е л ь н о й и п а р а л л е л ь н о - п о с л е д о в а т е л ь н о й

О О С н а

п о с т о я н н о м то к е .

 

 

 

 

1 — 5 ,( 1 — а) , 1

a s , — s

 

(3 -48)

S l_ l

1 - 5 Г (5 _ l ) [ l _ Sl (1 — а)] ’

 

+

- у 25" l1 — s i d

— “)]

 

 

S ~

/yH

.

 

(3 -49)

37

 

Н а р и с . 3 -7 п р е д с т а в л е н ы з а в и с и м о с т и п о т е р ь м о щ ­ н о с т и в ц е п я х с т а б и л и з а ц и и о т в е л и ч и н к о э ф ф и ц и е н т о в р е ж и м н о й н е с т а б и л ь н о с т и к а с к а д о в с п а р а л л е л ь н о й , п о -


с л е д о в а т е л ь н о й и

п а р а л л е л ь н о -п о с л е д о в

а т е л ь н о й

свя зью ,

р а с с ч и т а н н ы е по

ф о р м у л а м (3 -45) — (3

-49) при

а = 0 ,9 7 .

К а к ви д н о и з р и с у н к а , д л я н а и б о л е е ч ас т о в с т р е ч а ю ­ щ и х с я зн а ч е н и й к о э ф ф и ц и е н т а р еж и м н о й н е с т а б и л ь ­

н о сти

s = 2 — 5

в к а с к а д а х с п а р а л л е л ь н о й О О С

= 0 ,1 —

0,32,

в к а с к а д а х

с

п о с л е д о в а т е л ь н о й

О О С т|2= 0 ,2 4 —

0,52 и

в к а с к а д а х

с

п а р а л л е л ь н о -п о с л е д о в а т е л ь н о й О О С

Т1з=0 ,2 4 — 0,35

(с о о т в е т с т в у е т с л у ч а ю ,

к о гд а

R ' 0.с =

= 0,5/?ц ).

 

 

 

 

 

О ц е н к а э ф ф е к т а ,

д о с т и га е м о го при введен и и

О О С н а

п е р е м е н н о м т о к е . К а к и в п р е д ы д у щ ем сл у ч а е , а н а л и з у п о д в е р г а ю т с я к а с к а д ы с о б щ и м эм и т те р о м , о х вач ен н ы е п а р а л л е л ь н о й , п о с л е д о в а т е л ь н о й и п а р а л л е л ь н о -п о с л е ­ д о в а т е л ь н о й о б р а т н о й с в я зь ю , к о то р ы е б л а г о д а р я п р и ­ с у щ и м им п р е и м у щ е с т в а м н а ш л и н а и б о л е е ш и р о к о е

п р а к т и ч е с к о е

п р и м ен ен и е, х о тя

о д н о в р ем ен н о

они х а ­

р а к т е р и з у ю т с я

б о л ь ш е й ч у вств

и тел ьн о стью к

д е с т а б и ­

л и зи р у ю щ и м в о зд е й с т в и я м , ч ем к а с к а д ы с о б щ ей б а зо й и о б щ и м к о л л е к т о р о м .

С л е д у е т

о тм е ти т ь , что п р и н я т а я

вы ш е к л а с с и ф и к а ­

ц и я к а с к а д о в по в и д а м

о т р и ц а т е л ь н о й

о б р а тн о й

свя зи

(п о с л е д о в а т е л ь н о й

и ли

п а р а л л е л ь н о й )

со о тв етству ет

с л у ч а ю о п р е д е л е н и я

ее

о тн о си тел ьн о

вх о д н ы х з а ж и м о в

с и стем ы и

я в л я е т с я

в

и звестн о й м ер е

у сл о вн о й .

Т а к ,

н а п р и м е р , .в к а с к а д е , с х е м а к о то р о го и зо б р а ж е н а на

ри с.

3 -5, н а р я д у

с О О С п о с л е д о в а т е л ь н о го

тр н а

(по т о ­

к у ) ,

г л у б и н а к о то р о й

о п р е д е л я е т с я

вели ч и н о й с о п р о ти в ­

л е н и я р е зи с т о р а

R '0.c,

и м ее т м есто

т а к ж е

О О С

п а р а л ­

л е л ь н о г о т и п а

(п о н а п р я ж е н и ю ),

гл у б и н а

ко то р о й

о п р е д е л я е т с я в е л и ч и н а м и со п р о ти в л ен и й р е зи с то р о в R 2 и R 3. П о э т о м у в р а с с м а т р и в а е м о м с л у ч а е то ч н ее го в о ­ р и ть о к а с к а д е с п р е о б л а д а н и е м О О С п о с л е д о в а т е л ь ­ н о г о т и п а . А н а л о ги ч н ы м о б р а з о м с л ед у е т т а к ж е п о д х о ­

д и т ь к о ц е н к е

х а р а к т е р а О О С к а с к а д а , с х е м а 'которого

и з о б р а ж е н а н а

ipnc. 3-4.

А н а л и з , п р о в о д и м ы й в н а с т о я щ е м р а з д е л е , н о си т

в и зв е с т н о й м ер е к а ч е с тв е н н ы й х а р а к т е р , и р а с с м о т р е ­ нию п о д в е р г а ю т с я с л у ч а и , б л и зк и е к п р е д ел ь н ы м , к о гд а п а р а м е т р ы у с и л и те л ь н ы х к а с к а д о в в о сн о вн о м о п р е д е ­ л я ю т с я с о п р о т и в л е н и я м и о б р а тн о й с в я зи и н а г р у зк и , а т а к ж е в н у т р е н н и м с о п р о ти в л е н и е м г е н е р а т о р а с и г н а ­ л а . П о э т о м у д о п у щ е н и е о п р е о б л а д а н и и о п р е д ел е н н о го ти п а О О С , п о зв о л я ю щ е е у п р о с ти т ь в ы п о л н я ем ы й а н а ­ л и з , в р а с с м а т р и в а е м о м с л у ч а е н е в н о си т су щ ествен н о й


п о гр еш н о сти в о ц е н к у э ф ф е к т и в н о с т и о б р а т н о й связи*

П р и в ы в о д е ж е с о о т н о ш е н и й д л я

о п р е д е л е н и я х а р а к -

т е р а и к о л и ч е с т в е н н о й о ц е н к и д е й с т в и я О О С в р е а л ь -

н ы х к а с к а д а х , п р о в о д и м о м в § 4 -2 ,

у ч и т ы в а ю т с я н а г р у з ­

ки к а к н а в х о д н ы х , т а к и н а в ы х о д н ы х з а ж и м а х их .

Д л я п р о сто ты п р и н я т о , ч то в с х е м а х у с и л и т е л ь н ы х к а с к а д о в , и з о б р а ж е н н ы х н а р и с . 3 -4 — 3 -6 , с о п р о т и в л е н и я в ц е п я х О О С я в л я ю т с я ч и сто а к т и в н ы м и . П р и к о м п л е к с ­ ном х а р а к т е р е у к а з а н н ы х с о п р о т и в л е н и й с у щ е с т в е н н о г о н а р у ш е н и я у с л о в и й с т а б и л и з а ц и и у с и л и т е л е й н е п р о ­ и зо й д е т, ёсл и п р и э то м о д н о в р е м е н н о п р и н я т ы м е р ы д л я с т а б и л и з а ц и и р а б о ч е й то ч к и .

В

т а б л . 3-1 п р и в е д е н ы с о о т н о ш е н и я д л я к о э ф ф и ­

ц и ен то в у с и л е н и я по т о к у и н а п р я ж е н и ю , а т а к ж е в х о д ­

н о го и

в ы х о д н о го с о п р о т и в л е н и й у с и л и т е л ь н ы х к а с к а д о в

б е з о б р а т н о й с в я з и , а т а к ж е с п о с л е д о в а т е л ь н е й , п а р а л ­

л е л ь н о й и п о с л е д о в а т е л ь н о - п а р а л л е л ь н о й о т р и ц а т е л ь ­

н ой о б р а т н о й с в я зь ю . П р и б л и ж е н н ы е ф о р м у л ы п о л у ­ ч ен ы п ри д о п у щ е н и я х , п р а к т и ч е с к и в с е г д а в ы п о л н я е м ы х в р е а л ь н ы х с х е м а х :

/”к (1 — а ) > |Z n |; а г к ^> |Z r |; /*к( 1— г о ^ г - ) .

Г л у б и н а о т р и ц а т е л ь н о й о б р а т н о й с в я з и , п р и к о т о ­

р о й д о с т и г а е т с я в ы с о к а я с т а б и л ь н о с т ь п е р е ч и с л е н н ы х вы ш е п а р а м е т р о в , я в л я е т с я с р а в н и т е л ь н о о г р а н и ч е н н о й , т а к к а к п р и э то м д о с т а т о ч н о в ы п о л н и т ь у с л о в и я

t f V c X l — а ) г б и | Z „ | » ( 1 —

(3 -6 6 )

Е с л и о б р а т и т ь с я к ф о р м у л а м (3 -5 5 ) и (3 - 5 6 ), то м о ж н о у в и д е т ь , ч то в к а с к а д е с п о с л е д о в а т е л ь н о й О О С д а ж е п р и о г р а н и ч е н н о й г л у б и н е о б р а т н о й с в я з и д о с т и ­ г а е т с я в ы с о к а я с т а б и л ь н о с т ь к о э ф ф и ц и е н т а у с и л е н и я по

н а п р я ж е н и ю

(К 'и о .с) и в х о д н о г о с о п р о т и в л е н и я

(Z 'nx.o.c)-

Т а к , есл и

п р и ж е с т к о й с т а б и л и з а ц и и р а б о ч е й т о ч к и

и о тс у т ст в и и О О С н а

п е р е м е н н о м

т о к е

о т н о ш е н и е

Z iW Z b x го °с к а с к а Да с о б щ и м э м и т т е р о м в и н т е р в а л е т е м п е р а т у р ± 7 0 ° С и з м е н я е т с я о т 0 ,4 2 д о 1,3, т о д л я к а с к а д а с п о с л е д о в а т е л ь н о й О О С э т о о т н о ш е н и е н а х о ­

д и т с я в

п р е д е л а х о т 0 ,7 5 д о

1,1 [Л . 92).

 

В к а с к а д е с п а р а л л е л ь н о й О О С , к а к э т о с л е д у е т и з

ф о р м у л

(3 -5 8 ) и (3 -6 1 ),. м о ж н о о б е с п е ч и т ь в ы с о к у ю

с т а б и л ь н о с т ь к о э ф ф и ц и е н т а у с и л е н и я п о т о к у

(К " ю .с )

и в ы х о д н о г о

с о п р о т и в л е н и я

(£ "вы х .о .с)- П р и м е н е н и е к о м ­

б и н и р о в а н н о й

п о с л е д о в а т е л ь н о - п а р а л л е л ь н о й

о т р и ц а ­

т е л ь н о й о б р а т н о й с в я з и , к а к э т о с л е д у е т и з

ф о р м у л