- •Введение
- •Тема 5. Электронные приборы
- •Лекция 18. Физические свойства полупроводниковых материалов. Диоды
- •1. Электропроводность металлов и диэлектриков
- •2. Электропроводность полупроводников
- •Электропроводность примесных
- •4. Электронно-дырочный переход
- •4.1. Электронно-дырочный переход при отсутствии внешнего электрического поля
- •Электронно-дырочный переход под воздействием внешнего электрического поля
- •5. Основные параметры и типы
- •Контрольные вопросы и задачи
- •Лекция 19. Транзисторы.
- •Классификация транзисторов
- •Биполярные транзисторы
- •Модуль коэффициента передачи определяется выражением
- •3. Полевые транзисторы
- •Общие сведения об igbt транзисторах
- •Интегральные микросхемы
- •Лекция 20. Силовые полупроводниковые приборы
- •Динисторы
- •Тиристоры
- •3. Симисторы
- •4. Статический индукционный транзистор
- •Тема 6. Электронные устройства лекция 21. Резистивные усилители сигналов низкой частоты
- •Классификация усилителей
- •Принцип работы резистивного усилителя
- •2.1 Схемы смещения и температурной стабилизации
- •Модуль коэффициента усиления определяется выражением:
- •Обозначим
- •4. Дифференциальный усилитель
- •При кu → ∞ коэффициент усиления схемы с оос определяется простым отношением
- •Частотные свойства оу
- •Электрические фильтры
- •Фильтр нижних частот
- •2.2.Фильтр верхних частот
- •Ачх фильтра приведена на рис. 22.5, б.
- •2.3 Полосовой фильтр
- •Избирательные усилители
- •Коэффициент передачи моста Вина в цепи пос определяется выражением
- •Лекция 23. Усилители мощности
- •Однотактный усилитель мощности
- •2. Двухтактный усилитель мощности
- •Лекция 24. Генераторы электрических сигналов
- •1. Назначение и классификация генераторов
- •2. Принципы построения генераторов
- •3. Генераторы гармонических колебаний
- •Трехточечные схемы генераторов
- •Лекция 25. Импульсные устройства
- •1. Общие сведения об импульсных сигналах
- •2. Электронные ключи
- •3. Компараторы
- •4. Формирующие цепи
- •Триггеры
- •Лекция 26. Генераторы импульсных сигналов
- •Мультивибраторы
- •2. Генераторы линейно изменяющегося напряжения
- •Если напряжение на входе оу постоянное, то на его выходе формируется линейно изменяющееся напряжение
- •Линейно убывает и в момент t3 принимает значение:
- •Далее значение uглин периодически изменяется от –0,79 в до 3,2 в, а uос от –2,32 в до 4,31 в.
- •Лекция 27. Источники питания электронных устройств
- •Общая характеристика вторичных
- •2. Однофазные выпрямители тока
- •2.1 Однофазные выпрямители
- •Трехфазные выпрямители
- •Управляемые выпрямители
- •3. Сглаживающие фильтры
- •3. Стабилизаторы напряжения
- •Лекция 28. Применение электронных устройств в технике птм
- •Электронные регуляторы напряжения
- •Электронные схемы управления стартером
- •3. Электронные системы зажигания
- •3.1. Основные этапы развития электронных систем зажигания
- •3.2. Датчики углового положения коленчатого вала двс
- •3.3. Коммутаторы
- •3.3.1. Коммутаторы с нормируемой скважностью
- •Тема 7. Цифровые устройства лекция 29. Введение в цифровую электронику
- •Общие сведения о цифровых сигналах
- •Основные операции и элементы
- •Основные теоремы алгебры логики
- •Булевы функции (функции логики)
- •Для элемента "или-не"
- •Для элемента "и-не"
- •Минимизация булевых функций
- •Лекция 30. Комбинационные устройства
- •1. Шифраторы
- •Дешифраторы, преобразователи кодов,
- •Сумматоры
- •Цифровые компараторы
- •Арифметико – логические устройства
- •Лекция 31. Триггеры
- •Общие сведения и классификация триггеров
- •Rs триггер на элементах “или – не”
- •Rs триггер на элементах “и – не”
- •Синхронные rs-триггеры
- •5. Универсальные триггеры
- •Лекция 32. Последовательностные устройства
- •1. Счетчики импульсов
- •Регистры
- •Цифровые запоминающие устройства
- •Лекция 33. Цифро-аналоговые и аналого- цифровые преобразователи
- •Цифро-аналоговые преобразователи
- •2. Аналого-цифровые преобразователи
- •2.1. Ацп последовательного счета.
- •2.1. Ацп поразрядного уравновешивания
- •Ацп одновременного считывания
- •Лекция 34. Микропроцессоры
- •Общие сведения
- •Структура микропроцессора
- •Секционированные микропроцессоры
- •Заключение
- •Тема 5. Электронные приборы 5
- •Тема 6. Электронные устройства 47
- •Тема 7. Цифровые устройства 169
2.1 Схемы смещения и температурной стабилизации
Чтобы обеспечить усиление каскада в классе А, на базу транзистора необходимо подать напряжение смещения Uсм. Это обеспечивают специальные схемы, которые называют схемами смещения. Рассмотрим наиболее часто применяемые схемы.
Схема смещения с фиксацией тока базы (рис. 21.3, а). Фиксация тока базы Iб достигается, когда в цепь базы включается резистор Rб с большим сопротивлением.
Для цепи базы справедливо равенство . Следовательно,
. (21.1)
В (21.1) , и им можно пренебречь. Следовательно, ток покоя базы определяется величиной внешнего сопротивления Rб , не зависит от параметров транзистора и является фиксированной величиной.
Схема смещения с фиксацией напряжения базы приведена на (рис. 21.3, б). Для цепи базы в этой схеме справедливо равенство:
.
Из равенства очевидно, что
, (21.2)
где - ток делителя.
Чтобы напряжение смещения Uбэ не зависело от параметров входной цепи транзистора, ток делителя Iд необходимо выбирать значительно больше тока базы Iб. Обычно . Тогда
(21.3)
и не зависит от тока базы. Большое значение тока делителя приводит к необходимости дополнительных затрат энергии источника питания. Это недостаток схемы. Общим недостатком рассмотренных схем является зависимость режима работы транзистора от температуры окружающей среды (температурные изменения токов базы и коллектора, коэффициента передачи тока базы β).
Для устранения температурной зависимости в цепь смещения можно включить элементы коррекции, сопротивление которых зависит от температуры, например, терморезистор или диод. Значительно чаще применяют схемы стабилизации с отрицательной обратной связью (ООС). Рассмотрим наиболее широко применяемую схему температурной стабилизации с ООС по току в цепи эмиттера (рис. 21.3, в).
В качестве элемента ООС в схеме используется резистор . Сопротивление участка база - эмиттер транзистора Rбэ, резисторы и образуют замкнутый контур. Для этого контура справедлив второй закон Кирхгофа, согласно которому . Отсюда
. (21.4)
Выражение (21.4) раскрывает физику стабилизирующего действия ООС. Так, если под воздействием дестабилизирующего фактора ток базы Iб начнет возрастать, то увеличится и ток эмиттера , а значит, и . Но это приведет к уменьшению напряжения Uбэ настолько, чтобы ток базы принял прежнее значение. Таким образом, ООС всегда препятствует любому изменению тока эмиттера, а значит, и тока базы тем эффективнее, чем больше значение Rэ. Но это значит, что ООС будет препятствовать и приращению тока коллектора под воздействием входного сигнала, резко уменьшая коэффициент усиления каскада.
Чтобы не допустить возможного уменьшения коэффициента усиления каскада с ООС, параллельно Rэ включают емкость Сэ. Значение емкости выбирают из условия на минимальной частоте сигнала. В этом случае переменная составляющая (сигнал) будет замыкаться по Сэ, а медленно изменяющиеся составляющие температурной нестабильности - по Rэ. Каскад сохраняет высокий коэффициент усиления и стабильность свойств в широком диапазоне температуры окружающей среды.
2.2. Схема замещения и основные показатели каскада с ОЭ.
Усилительные каскады оцениваются по ряду параметров и характеристик. К ним относятся коэффициенты усиления КU, КI, КP; входные и выходные сопротивления; полоса пропускания; АЧХ и ФЧХ; амплитудная характеристика и т.п. Определяются эти параметры и характеристики в процессе анализа схем усилителей. Основными методами анализа являются графоаналитический метод или метод линеаризации схем замещения. Первый из названных методов полезен, когда амплитуда приращений соизмерима с напряжением смещения, второй – когда ∆U<<U0. Графоаналитический метод анализа основан на использовании ВАХ транзисторов и позволяет получить более точные результаты. Этот метод будет рассмотрен на практических занятиях.
Когда входной сигнал мал (∆U<<U0), полезен метод линеаризации схем замещения. Оценка параметров выполняется по переменной составляющей. При этом напряжение источника питания, напряжение смещения не учитываются, так как для переменной составляющей внутреннее сопротивление названных источников равно нулю. Их зажимы можно считать замкнутыми накоротко. Для схемы рис. 21.3, в RЭ по переменной составляющей также равно нулю, так как оно зашунтировано емкостью СЭ. Обычно R1>>R2, и его влияние можно не учитывать. С учетом оговоренных условий схема замещения усилительного каскада с ОЭ (рис. 21.3, в) приведена на рис. 21.4.
В этой схеме h11=Rбэ; . Значение Сэкв определяется емкостью монтажа, емкостью p-n перехода коллектор-база транзистора и емкостью нагрузки. Наличие в схеме реактивных элементов обуславливает зависимость её параметров от частоты. Для количественной оценки такой зависимости введены понятия частотная характеристика и полоса пропускания усилительного каскада.
Частотная характеристика определяет зависимость модуля коэффициента усиления каскада от частоты – АЧХ (рис. 21.5, а) и зависимость от частоты разности фаз реакции и воздействия – ФЧХ (рис. 21.5, б).
Полоса пропускания усилителя - это полоса частот от ωн до ωв, в пределах которой модуль коэффициента усиления изменяется в допустимых пределах.
Основные показатели усилительного каскада оцениваются в области средних частот. Для средних частот сопротивлением СР и проводимостью Сэкв можно пренебречь, т.к. . С учетом этого схема замещения усилителя в области средних частот приходит к виду рис. 21.6.
Д ля схемы рис. 21.6
.
Обычно Rкэ ≈ 104 Ом >> Rк, и его влиянием на значение выходного сопротивления пренебрегаем. Тогда можно записать, что
.
Подставляя вместо , а вместо Rвых – его значение, легко получить выражение для оценки коэффициента усиления каскада по напряжению в области средних частот
, (21.5)
где – коэффициент усиления каскада в режиме холостого хода, – коэффициент потерь сигнала в выходной цепи.
Последнее выражение показывает, что в области средних частот коэффициент усиления каскада по схеме с ОЭ зависит от параметров нагрузки, но не зависит от частоты.
В области верхних частот пренебрегаем сопротивлением СР , но сопротивление емкости Сэкв необходимо учитывать. Тогда
.
Обозначим произведение Rвых·Сэкв =τВ, причем, . Тогда
(21.6)