Література: Колонтаєвський, с.72-74, Цыкина, с.45, Головин, с.169-173

Література:		Бойко В.І., Гуржій А.М.Основи технічної електроніки, 2007
		Бойко В.І., Гуржій А.М., Жуйков В.Я. Основи схемотехніки електронних систем, 2004
		Гуржій А.М.,Самсонов В.В., Поворознюк Н.І. Імпульсна та цифрова техніка, 2005
		Джонс М.Х. Електроніка-Практичний курс, 2006
		Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы, 2002
		Колонтоєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка, 2003
Самостійно	год.	Головин О.В., Кубицкий А.А. Электронные усилители 1. Побудова наскрізної характеристики підсилювача [7], с. 174-175 Режими роботи класу А, АВ, В, С [6], с. 71-72; Скаржепа В.А., Сенько В.И. Электроника и микросхемотехника, с. 69-70

__________________________________________________________________________________________________

Мета: повинні знати кола зміщення підсилюючих каскадів.

Рефлексія: що ви повинні вивчити в даній лекції?

Кола зміщення підсилюючих каскадів.

Стан транзистора при відсутності на його вході підсилюваного сигналу називається станом спокою. Напруги і струми в колах ПЕ, які відповідають стану спокою, називаються струмами і напругами спокою; вони визначають на вхідній вихідній статичних характеристиках ПЕ точку спок ою. Положення точки спокою характеризує режим роботи ПЕ за постійним струмом.

Струми і напруги спокою ПЕ встановлюють подачею відповідних постійних напруг (або струмів) від джерела живлення. Для забезпечення необхідного режиму на ПЕ звичайно подаються дві напруги: між еміттірующим і керівним електродами (зміщення) і між еміттірующим і керованим електродами (вихідна напруга).

Для БТ зміщення – це напруга між базою і емітером, а вихідна напруга – напруга між колектором і емітером транзистора.

Необхідний режим роботи ПЕ забезпечивається в підсилювальном каскаді за допомогою спеціальних ланцюгів живлення, а кола, що забезпечують подачу на ПЕ напруги або струму зміщення, називаються колами зміщення (робоча точка зміщується з положення, що відповідає І_Б = 0 в положення, обумовлене класом). Наприклад, у БТ типа p-n-p – зміщення на базі повино бути негативним відносно емітера, у БТ n-p-n- позитивним.

Існує два способи задання напруги зміщення: фіксованим струмом або фіксованою напругою.

Рис.1 Рис.2

Перший спосіб реалізується за допомогою схеми зміщення фіксованим струмом (рис.1) бази за наявності одного джерела напруги через резистор R_Б, який вибирається набагато більшим за опір постійному струму між колектором і базою транзистора (R_Б >> r_БЕ), напруга U_Б0 << Е_К. Тому І_Б0 = (Е_К - U_Б0)/ R_Б. (1)

Отже з (1) видно. Що струм бази І_Б0 практично не залежить від параметрів транзистора, має фіксоване значення і визначається напругою джерела живлення Е_К і опором бази R_Б, тобто залишається практично незмінним при зміні температури, старінні і заміні транзистора.

Струм І_Б0 і напруга U_Б0 є заданими, що визначаються робочим режимом транзистора, зв'язок між ними показуюь статичні характеристики транзистора. Отже, для забезпечення потрібного зміщення на транзисторі необхідно вибрати опір резистора R_Б, R_Б =(Е_К – U_Б0)/ І _Б0 = β Е_К/ І _К0. R_Б ≈ Е_К / І _Б0 .

Ланцюги протікання постійних струмів в підсилювальному каскаді з фіксованим струмом бази. Струм емітера І _Е0 протікає: загальний дріт, емітерний перехід транзистора, далі він розгалуджується на І _Б0 і І _К0 ; струм бази І _Б0 протікає через резистор R_Б і джерело живлення Е_К на загальний дріт, а струм колектора І _К0 – через колекторний перехід транзистора, резистор R_К, джерело живлення Е_К на загальний дріт.

U_ОБ= U_зм=0,6В.

Задача.

Ек=10В R_Б=(Е_К - U_ОБ)/ І _ОБ; І _ОБ = І_ОК/ β=1∙10^-3 А/100=0,01 мА

U_К=5В R_Б=(10-0,6)/0,01∙10^-3 А=930 КОм.

І_ОК=1 мА R_К=(Е_К – U_К)/ І _ОК; R_К- це навантаження на якому

β=100 виділяється корисний сигнал; R_К=(10-5)В/1∙10^-3 А=5 кОм. Одна з них зображена на рис.3.7 (вважаємо джерело вхідного сигналу умовно закороченим).

 

Спосіб задання зміщення фіксованою напругою (рис.2). Необхідна напруга зміщення U_Б0 забезпечується за допомогою дільника напруги R₁ і R₂ в ланцюзі бази.Подача зміщення фіксованою напругою пригодна для каскадів, працюючих в режимах класів А, В, менш економічна через витрати потужності в дільнику R₁ і R₂.

Із схеми видно, що Е_К = І _д ∙ R₂+ І _д ∙ R₁+І _Б0 ∙ R₁, де І _д - струм дільника. Звідси,

І _д = (Е_К - І _Б0 ∙ R₁)/(R₁+R₂). Оскільки U_Б0 = І _д ∙ R₂ , маємо

U_Б0= (Е_К - І _Б0 ∙ R₁) ∙ R₂ /(R₁+R₂) (1)

З (1) видно, що чим більше І _д по рівнянню з І _Б0, тим менше напруга зміщення U_Б0 залежить від параметрів транзистора. При І _д >> І _Б0, із (1) отримаємо І _д ≈ Е_К / (R₁ + R₂ ); U_Б0 ≈ Е_К ∙ R₂ /(R₁+R₂), тобто зміщення є фіксованим і залежить тільки від напруги джерела живлення Е_К і від опорів дільника R₁ і R₂.

R₁ =(Е_К – U_Б0)/(І _д + І _Б0); R₂ =U_Б0 /І _д; І _д = (3…5)∙ І _Б0;

Задача.

Дано:

Ек=10В R₁ =(Е_К – U_Б0)/(І _д + І _Б0); R₂ =U_Б0 /І _д; І _д =5∙І _Б0;

І_К0=5В І _Б0 = І _К0 / β=0,02 мА; R₁ =(10-0,7)В/(5∙0,02∙10^-3+0,02∙10^-3)=

β=50 =93КОм; R₂ =0,6/5 ∙0,02∙10^-3=77,5 КОм.

U_Б0=0,6В

Ці схеми зміщення нестабілізовані. При фіксованих струмах і напругах точка спокою у транзисторі не постійна.

 

Типи динамічних характеристик

Динамічною характеристикою підсилювального каскаду називають залежність між миттєвими значеннями струмів і напруг в його ланцюгах за наявності опору навантаження у вихідному ланцюзі; графічно — це лінія, по якій переміщюється робоча точка підсилювального елементу в робочих умовах. Існують різні типи вихідних, вхідних, прохідних і наскрізних динамічних характеристик. При аналізі і розрахунках підсилювальних каскадів звичайно використовують лише вихідні і наскрізні динамічні характеристики. Оскільки майже завжди опір зовнішніх ланцюгів ПЕ для постійного і змінного струмів різний, динамічні характеристики каскаду для постійного струму відрізняються від його динамічних характеристик змінного струму.

 

Вихідні динамічні характеристики

Вихідні динамічні характеристики широко використовують при розрахунку як лампових, так і транзисторних каскадів. До вихідних динамічних характеристик відносяться лінії навантажень, що є залежністю вихідного струму від напруги між вихідними електродами для різних значень вхідної напруги або вхідного струму і вони можуть бути різними для постійної і змінної складових струму.

Лінію навантаження каскаду для безмежно повільних змін струму і напруги, що визначається опором вихідного ланцюга постійному струму R=, називають лінією навантаження постійного струму.

Лінію навантаження каскаду для частот сигналу, яка визначається опором вихідного ланцюга змінному струму Z, називають лінією навантаження змінного струму.

Їївикористовують при розрахунку каскадів потужнього підсилення для графічного визначення віддаваємих каскадом потужності, струму і напруги сигналу, споживаної потужності від джерела живлення, а в лампових підсилювачах - і для розрахунку коефіцієнта гармонік каскаду. Опір вихідного ланцюга підсилювального елементу змінному струму Z для смуги частот підсилюваного сигналу має активну R~ і реактивну X складові, тобто може бути активним, комплексним або реактивним. Проте в схемі каскаду опір в більшій частині смуги робочих частот практично активний, тому лінію навантаження змінного струму звичайно будують для активного опору навантаження вихідного ланцюга змінному струму R~.

Залежно від схеми каскаду активний опір вихідного ланцюга підсилювального елементу змінному струму R~ може бути рівний опору цього ланцюга постійному струму R=, менше або більше його, а тому лінія навантаження каскаду для постійного струму звичайно відрізняється від його лінії навантаження для змінного струму.

Якщо на керуючий електрод підсилювального елементу окрім зміщення подати і сигнал, струм у вихідному ланцюзі, зміниться і його миттєве значення i_вих будет равно сумме І₀ + Δi_вих., де Δi_вих. - миттєве значення струму сигналу у вихідному ланцюзі.

Напруга між вихідними електродами підсилювального елементу в цьому випадку

u_вых = Е – (І₀ · R₌ + Δi_вих. · R_~ ) = U₀ - Δi_вих. · R_~ (2)

де U₀ = Е –І_К0 · R_=,

R_~ - опір навантаження вихідного ланцюга змінному струму (струму сигнала).

Вираз (2) є рівнянням лінії навантаження змінного струму; у координатах u_вых, i_вих це пряма лінія, яка називається прямою навантаження змінного струму.

Для підсилювального каскаду на БТ

u_КЕ = Е_к –І_К0 · R_к= - Δi_К. · R_н~ = U_КЕ0 - Δi_К. · R_н~.

При відсутності сигналу вихідна напруга u_КЕ = U_КЕ0, при дії вхідного сигналу у вихідному ланцюгу поряд з постійною складовою діє змінна складова сигналу.

Побудуємо пряму навантаження змінному струму. При Δi_К. = 0 пряма навантаження проходить через точку спокою з координатами І_К0 і U_КЕ0,

Отже, прямі навантаження постійного і змінного струмів при активному опорі навантаження R_н~ завжди перетинаються у точці спокою.

При u_КЕ =0 змінна складова струму колектора Δi_К. = U_КЕ0 /R_н~, відкладая це значення по осі ординат у верх від значення струму спокою І_К0, отримаємо другу точку прямої навантаження. З'єднав цю точку з точкою спокою побудуємо пряму навантаження за змінним струмом.

При зміні точки спокою рівняння вихідної динамічної хар-ки не змінюється, а отже пряма навантаження змінного струму переміщується паралельним переносом в нову точку спокою.

Порівнюя прямі навантаження за постійним і змінним струмом, можна заметить, що в резисторном каскаді пряма навантаження змінного струму більш крутіше ніж постійного (так як R_к= - >R_н~ ).