В результате воздействия дестабилизирующих факторов все токи транзистора возрастают, что приводит к перемещению рабочей точки по нагрузочной прямой рис. 1. При перемещении в точку А возникают нелинейные искажения, в точку В – транзистор может сгореть, поэтому применяют специальные схемы для стабилизации положения р.т., т.е. режима работы УЭ (Iко).
Рис.1
Цепи смещения с температурной компенсацией. В схемах с температурной компенсацией (рис. 2) в цепях смещения используются термокомпенсирующие элементы: терморезисторы RТили полупроводниковые диоды.
Рис.2.
В качестве терморезистора могут быть использованы непроволочные резисторы с отрицательным температурным коэффициентом. С ростом температуры сопротивление терморезистора RТуменьшается, при этом напряжение смещения Uбэо на транзисторе снижается, что вызывает уменьшение Iко. Поскольку, с одной стороны, увеличение температуры вызвало возрастание Iко, а с другой — из-за понижения смещения Uбэо уменьшение этого же тока и температурные колебания тока Iко могут быть существенно уменьшены.
При использовании для температурной компенсации полупроводникового диода (рис. 2б) повышение температуры вызывает уменьшение прямого сопротивления диода, что приводит к уменьшению смещения, при этом возрастание Iко компенсируется. В схеме могут применяться стабилитроны или германиевые диоды. Диодная стабилизация находит применение в выходных двухтактных каскадах, при работе транзисторов в режиме В, для получения низкого напряжения смещения.
Преимущество схем диодной температурной компенсации в том, что можно получить полную температурную компенсацию изменения положения рабочей точки. Но недостатком является то, что из-за разброса температурных коэффициентов транзисторов и терморезисторов эта компенсация не бывает точной и глубокой. При большом сигнале термоэлементы могут вызывать значительные его искажения. Схемы с диодной температурной компенсацией ограниченно применяются в усилительных каскадах, выполненных по дискретной технологии, но широко используются в интегральных усилителях.
Цепи смещения с отрицательной обратной связью. Общим для схем стабилизации с ООС является то, что в усилительном каскаде создается специальная цепь обратной связи по постоянному току, благодаря которой с ростом (или уменьшением) тока Iко при температурных колебаниях или при смене транзистора смещение на транзисторе уменьшается (или увеличивается), что в значительной степени компенсирует изменения тока Iко.
Простейшей из схем стабилизации точки покоя с помощью отрицательной обратной связи является схема коллекторной стабилизации.На рис. 3 показана схема коллекторной стабилизации при включении транзистора по схеме с ОЭ (коллекторную стабилизацию можно применять и при включении транзистора по схемам с ОК и ОБ). Схема коллекторной стабилизации отличается от схемы смещения фиксированным током базы тем, что верхний конец резистора R1 подключен не к источнику питания, а к коллектору транзистора. При таком включении вводится параллельная отрицательная обратная связь по напряжению, снимаемая с коллектора транзистора.
Схема коллекторной стабилизации проста и экономична, но требует увеличения напряжения источника питания и возникает нежелательная ООС по переменному току через резистор R1, уменьшающая входное сопротивление и усиление каскада.
Рис. 3 Рис. 4
Более высокую стабильность рабочей точки транзистора обеспечивает схема эмиттерной стабилизации, наиболее широко распространенная на практике. Стабилизация режима в схеме рис. 4 осуществляется благодаря последовательной ООС по току, получаемой при включении транзистора резистора Rэ. Положим, что Iэо стремится увеличиться (из-за увеличения температуры или при смене транзистора), при этом увеличится напряжение на резисторе Rэ, это приведет к уменьшению напряжения смещения Uбэо; транзистор закроется сильнее, ток базы Iбо уменьшится и соответственно уменьшится ток Iэо. Для устранения ООС по переменному току, снижающей коэффициент усиления каскада, резистор Rэ шунтируют емкостью Сэ.
2. Контрольные вопросы
2.1. Допустимо ли изменение тока покоя в выходной цепи транзистора с изменением температуры, старением и заменой транзистора?
2.2. Каковы основные причины изменения тока покоя каскада с изменением температуры и заменой транзистора?
2.3. Нарисуйте схему эмиттерной стабилизации, поясните ее принцип действия, недостатки и область применения.
2.4. Нарисуйте схему коллекторной стабилизации, поясните ее принцип действия, недостатки и область применения.
2.5. Как стабилизируется ток покоя транзисторов, работающих в режиме В? Что такое температурная компенсация?
4.1. Записать пути протекания токов Iко и Iбо в схемах рис. 3 и 4.
Глоссарий
Термин
Каз.яз.
Англ.яз
Нестабильность режима работы
Стабилизация режима работы
Температурная компенсация
Терморезистор
Схема коллекторной стабилизации
Схема эмиттерной стабилизации
Шунтирующая емкость
Жұмыс режимінің тұрақсыздығы
Температуралық тепе-теңдік
Шунттаушы сыйымдылық
ЛЕКЦИЯ №28
Межкаскадные связи
1. Краткое содержание лекции
Схемы межкаскадной связи (МКС)служат для передачи сигнала от одного каскада многокаскадного усилителя к другому, от источника сигнала на вход первого усилительного элемента и от выходной цепи последнего усилительного элемента в нагрузку. Эти схемы одновременно служат и для подачи питающих напряжений на электроды усилительных элементов, а также придания усилителю определенных свойств. Существуют четыре основных вида схем межкаскадной связи: гальваническая, резисторная, трансформаторная и дроссельная. В некоторых случаях используют комбинации и видоизменения этих схем; в импульсных и широкополосных усилителях схемы межкаскадной связи дополняют элементами коррекции переходной или частотной характеристики.
Название усилительного каскада определяется использованной в нем схемой межкаскадной связи: резисторный каскад, трансформаторный и т. д.
. Требования:
· минимальные потери, т. е. максимальный коэффициент передачи цепи;
· должны удовлетворять условиям эксплуатации усилителя, принятым для усилителя принципам конструктивно-технологического исполнения,
Резисторно-емкостная МКСрис.1.
На R3 выделяется напряжение усиленного сигнала и через него подается напряжение питания. Разделительный конденсатор С2 преграждает путь постоянной составляющей тока из выходной цепи на вход следующего каскада и свободно пропускает усиленную переменную составляющую сигнала.
Достоинства:хорошая АЧХ, малые габариты, масса и стоимость, нечувствительность к внешним переменным магнитным полям, малое потребление энергии, отсутствует дрейф нуля.
Недостатки:меньший коэффициент усиления, чем у трансформаторного каскада, низкий КПД.
Применяется в маломощных усилителях переменного тока, в КПУ и в ИМС.
Рис.1 Рис.2
Трансформаторная МКСрис.2.
Через первичную обмотку трансформатора, включенную в выходную цепь УЭ, подается питание на коллектор транзистора; сопротивление нагрузки или входная цепь следующего каскада подключается к вторичной обмотке трансформатора. Наличие трансформатора позволяет разделить переменную и постоянную составляющие усиливаемого сигнала.
Достоинства: большой коэффициент усиления, возможность оптимизировать в рабочем диапазоне частот работу УЭ в усилительном каскаде: подбирая коэффициент трансформации трансформатора, можно обеспечить такое сопротивление по переменному току для коллекторной цепи транзистора, при котором обеспечится максимальная мощность сигнала и высокий КПД, т.е. позволяет обеспечить согласование выходного сопротивления каскада с нагрузкой.
Недостатки: большие габариты, вес, стоимость, трансформатор вносит дополнительные искажения.
Выходной электрод предыдущего каскада соединяется с входным электродом следующего при помощи проводника. На Rк1 выделяется напряжение усиленного сигнала, подается напряжение питания на коллектор VТ1 и смещение на VТ2.
В многокаскадных усилителях с непосредственной МКС на базу транзистора каждого последующего каскада поступает и постоянная составляющая напряжения с коллектора транзистора предыдущего каскада и переменная.
Достоинства:хорошая АЧХ, малые габариты, масса и стоимость.
Недостатки:дрейф нуля, низкий КПД.
Применяется в усилителях постоянного тока (УПТ) и в ИМС.
Рис.3 Рис.4
Для повышения стабильности часто вводят дополнительные цепи ООС между двумя или более каскадами. Для примера на рис. 4 показана схема двухкаскадного («двойка») усилителя постоянного тока с непосредственной связью между транзисторами. В этом усилителе, помимо местных ООС по постоянному току (резисторы Rэ1 и Rэ2), имеется дополнительная цепь параллельной ООС по току, охватывающая оба усилительных каскада через резистор Rос, который обеспечивает необходимое смещение транзистора VТ1 и повышает стабильность работы УЭ.
2. Контрольные вопросы
2.1. Назовите наиболее распространенные виды межкаскадной связи.
2.2. Какая межкаекадная связь применяется в усилителях постоянного тока и почему?
2.3. Нарисуйте схему резисторно-емкостной МКС и укажите еео достоинства и область применения.
2.4. Нарисуйте схему трансформаторной МКС и укажите ее достоинства и область применения.
2.5. Нарисуйте схему гальванической МКС и укажите ее достоинства и область применения.
2.6. Какой вид межкаскадной связи позволяет передавать от каскада к каскаду только переменную составляющую сигнала?
2.7. Какой вид межкаскадной связи позволяет передавать от каскада к каскаду и переменную и постоянную составляющие сигнала?
2.8. Структурные схемы каких каскадов приведены на рисунках?