- •Оглавление
- •1. Основные определения
- •1.1. Основные пояснения и термины
- •1.2. Пассивные элементы схемы замещения
- •1.3. Активные элементы схемы замещения
- •1.4. Основные определения, относящиеся к схемам
- •1.5. Режимы работы электрических цепей
- •1.6. Основные законы электрических цепей
- •2. Эквивалентные преобразования схем
- •2.1. Последовательное соединение элементов электрических цепей
- •2.2. Параллельное соединение элементов электрических цепей
- •2.3.Преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду
- •2.4.Преобразование звезды сопротивлений в эквивалентный треугольник
- •3. Анализ электрических цепей постоянного тока с одним источником энергии
- •3.1. Расчет электрических цепей постоянного тока с одним источником методом свертывания
- •3.2. Расчет электрических цепей постоянного тока с одним источником методом подобия или методом пропорциональных величин
- •4. Анализ сложных электрических цепей с несколькими источниками энергии
- •4.1. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
- •4.2. Метод контурных токов
- •Порядок расчета
- •Рекомендации
- •4.3. Метод узловых потенциалов
- •4.4. Метод двух узлов
- •4.5. Метод эквивалентного генератора
- •5. Нелинейные электрические цепи постоянного тока
- •5.1. Основные определения
- •5.2. Графический метод расчета нелинейных цепей постоянного тока
- •6. Электрические цепи однофазного переменного тока
- •6.1. Основные определения
- •6.2. Изображения синусоидальных функций времени в векторной форме
- •6.3. Изображение синусоидальных функций времени в комплексной форме
- •6.4. Сопротивление в цепи синусоидального тока
- •6.5. Индуктивная катушка в цепи синусоидального тока
- •6.6. Емкость в цепи синусоидального тока
- •6.7. Последовательно соединенные реальная индуктивная катушка и конденсатор в цепи синусоидального тока
- •6.8. Параллельно соединенные индуктивность, емкость и активное сопротивление в цепи синусоидального тока
- •6.9. Резонансный режим в цепи, состоящей из параллельно включенных реальной индуктивной катушки и конденсатора
- •6.10. Мощность в цепи синусоидального тока
- •6.11. Баланс мощностей
- •6.12. Согласованный режим работы электрической цепи. Согласование нагрузки с источником
- •7. Трёхфазные цепи
- •7.1. Основные определения
- •7.2. Соединение в звезду. Схема, определения
- •7.3. Соединение в треугольник. Схема, определения
- •7.4. Расчет трехфазной цепи, соединенной звездой
- •7.5. Мощность в трехфазных цепях
- •8. Переходные процессы в линейных электрических цепях
- •8.1. Общая характеристика переходных процессов
- •8.2. Переходные процессы в цепях с одним реактивным элементом
- •9. Несинусоидальные периодические токи.
- •10. Электроника. Введение.
- •10.1. Полупроводниковые материалы.
- •10.2 Полупроводниковые диоды.
- •10.3. Биполярный транзистор
- •10.4. Полевые транзисторы.
- •10.5. Тиристоры.
- •11. Усилители электрических сигналов
- •11.1. Общие сведения, классификация и основные характеристики усилителя. Типовые функциональные каскады полупроводникового усилителя.
- •11.2. Анализ работы транзисторного усилителя. Понятие о классах усиления усилительных каскадов.
- •11.3. Температурная стабилизация режимов в транзисторных усилителях. Особенности работы усилителя на полевом транзисторе.
- •11.4. Избирательные усилители. Усилители мощности. Усилители постоянного тока.
- •11.5. Анализ дифференциального усилителя.
- •11.6. Операционный усилитель (оу). Схемы стабилизации и повышения входного сопротивления оу.
- •12. Источники вторичного электропитания
- •12.1. Классификация, состав и основные параметры.
- •12.2. Показатели выпрямителей однофазного тока.
- •12.3. Трехфазные выпрямители. Внешние характеристики выпрямителей.
- •12.4. Принцип работы выпрямителей на тиристорах.
- •12.5. Сглаживающие фильтры и оценка эффективности их работы.
- •12.6. Компенсационные стабилизаторы напряжения и преобразователи постоянного тока в переменный.
- •13. Основы цифровой электронной техники
- •13.1. Анализ логических устройств.
- •13.2. Логические операции и способы их аппаратурной реализации.
- •13.3. Сведения об интегральных логических микросхемах.
- •13.4. Схемотехнические и конструктивно-технологические особенности логических микросхем различных серий.
- •13.5. Принципы функционирования цифровых устройств комбинационной логики.
11.3. Температурная стабилизация режимов в транзисторных усилителях. Особенности работы усилителя на полевом транзисторе.
Как отмечалось в гл. 10, параметры транзистора в большой степени зависят от температуры окружающей среды, что отражается на выходных параметрах усилителей. Для стабилизации параметров усилителя обычно применяют так называемые обратные связи.
Обратной связьюназывают такую связь между элементами усилительного устройства, при которой часть энергии выходного сигнала поступает на вход устройства. В усилителях значение энергии выходного сигнала существенно превышает значение энергии входного сигнала, а потому обратная связь (ОС) оказывает заметное влияние на их характеристики.
Виды обратных связей. Различают два вида обратных связей: отрицательнуюиположительную. При отрицательной обратной связи (ООС) выходной сигнал в канале ОС оказывается в противофазе с входным сигналом усилителя. В результате этого любые изменения выходного сигнала встречают соответствующие противодействия по каналу ООС, что стабилизирует выходной сигнал усилительного устройства при воздействии внешних факторов (температуры, нагрузки и др.).
При положительной обратной связи (ПОС) выходной сигнал в канале ОС совпадает по фазе с входным сигналом устройства, способствуя его усилению. Это дестабилизирует работу усилительного устройства, поскольку любые незначительные изменения выходного параметра приводятся каналом ПОС к предельным их значениям.
Различают три типа ОС: внутреннюю, внешнюю и паразитную. Внутренняя ОС проявляет себя в каждом компоненте усилителя из-за функциональной связи между их электрическими и физическими параметрами. Внешняя ОС обеспечивается включением дополнительных цепей, действие которых направлено на улучшение характеристик усилителя (стабилизацию режима и т. п.). Паразитная ОС создается, как правило, емкостными и индуктивными связями, не предусмотренными схемотехническими решениями цепи усилителя, проявляющими себя на больших частотах, и ухудшает характеристики усилителей.
По способу подключения канала ОС к выходной цепи различают обратные связи по напряжению итоку.
Способы температурной стабилизации.Температурная стабилизация обеспечивается отрицательной обратной связью, позволяющей удерживать теплозависимые параметры транзистора в исходном состоянии независимо от внешних воздействий. Для биполярных транзисторов таким основным параметром является ток покоя коллектора IKп, а для полевых — ток покоя стока IСп. В зависимости от способов температурной стабилизации транзисторных усилителей различают эмиттерную (истоковую для полевых приборов), коллекторную (стоковую) и комбинированную стабилизации, из которых наибольшее распространение на практике нашел эмиттерный способ стабилизации.
Эмиттерная температурная стабилизация. В транзисторных усилителях коллекторный ток покоя IKпв общем случае имеет два компонента:
(11.2)
где IKБ0- обратный (тепловой) ток коллекторного перехода.
С повышением температуры окружающей среды наблюдается заметный рост теплового тока (с увеличением температуры приблизительно на каждые 10°С значение тока IKБ0удваивается). Это в соответствии с (11.2) вызывает смещение точки покоя в зону больших значений коллекторного тока (например, в точку П' на рис. 11.7, а). В результате начинают появляться нелинейные искажения выходного сигнала, ухудшающие работу усилителя.
Для возможности принудительного удержания коллекторного тока покоя на заданном уровне в цепи постоянного тока (см. рис. 11.6, б) используют резистор RЭ, реализующий ООС по току. Механизм воздействия ООС (эмиттерной стабилизации) проявляет себя следующим образом. Рассмотренное выше увеличение коллекторного тока покоя под действием температурных изменений вызывает соответствующее увеличение тока эмиттера покоя, так как
Это обусловливает увеличение падения напряжения на эмиттерном резисторе, поскольку
В то же время возрастание напряжения на эмитерном резисторе приводит к снижению положительного потенциала на базе транзистора VT, а следовательно, и тока базы покоя. Это и обеспечивает уменьшение коллекторного тока покоя, требуемое для компенсации температурного роста тока IKБ0. Необходимо отметить, что эмиттерный резистор отрицательной связи вызывает одновременно и нежелательный эффект снижения коэффициента усиления для входного сигнала u1(t) цепи переменного тока усилителя (рис. 11.6, в). Для устранения этого недостатка служит конденсатор СЭ, шунтирующий резистор RЭ, как показано на полной схеме типового усилителя (см. рис. 11.6, а).
Аналогичным образом проявляет себя и механизм истоковой стабилизации в транзисторных каскадах, использующих полевые приборы.
Особенности работы усилителя на полевом транзисторе.Усилители на полевых транзисторах имеют большое входное сопротивление и потому находят широкое применение в качестве предварительных усилителей. Типичная схема усилителя на полевом транзисторе сn-каналом и управляющим р-n-переходом приведена на рис. 11.9, а. Здесь полевой транзистор включен по схеме с общим истоком, что позволяет получить усиление входного сигнала как по току, так и по напряжению (аналог схемы с общим эмиттером для биполярного транзистора).
Рис. 11.9. Принципиальная схема усилительного каскада на полевом транзисторе (а) и соответствующие ей цепи постоянного (б) и переменного (в) токов; стокозатворная характеристика полевого транзистора (г)
Цепь усилителя включает в себя следующие элементы: резистор RC(стока), назначение которого аналогично назначениюRKв усилителях на биполярных транзисторах; резисторRИ(истока), обеспечивающий температурную стабилизацию цепи транзистораVTза счет действия последовательной ООС по току; резисторRн, имитирующий входное сопротивление следующего каскада; резисторRЗ(затвора), способствующий замыканию указанной выше последовательной цепи ООС по току. Одновременно с этим наRЗво входной цепи транзистораVTпод действием входного сигналаu1(t) формируется управляющее воздействие переменного тока.Конденсатор СИ шунтирует резистор RИ по переменному току
что исключает уменьшение усиления каскада по переменному току. Разделительные конденсаторы Ср1и Ср2выполняют те же функции, что и в транзисторном усилителе на биполярном транзисторе.
По аналогии с усилителем на биполярном транзисторе рассматриваемую схему (см. рис. 11.9, а) можно также представить в виде двух компонентов: цепи постоянного тока (рис. 11.9, 6), предназначенной для задания требуемого режима покоя; цепи переменного тока (рис. 11.9, в), обеспечивающей усиление переменной составляющей входного сигнала.
Рис. 11.9. Принципиальная схема усилительного каскада на полевом транзисторе (а) и соответствующие ей цепи постоянного (б) и переменного (в) токов;стокозатворная характеристика полевого транзистора (г)