Усилители. Транзистор, как линейный усилитель. Реальные схемы каскадов усиления. Обратные связи в усилителях, страница 11

Существует другой, более наглядный и простой критерий Найквиста. Анализируется произведение . Оно называется коэффициентом передачи разомкнутой цепи ОС. Если система неустойчива, то в правой полуплоскости  должны быть полюса , в которых . Выделим на плоскости   замкнутый контур , изображённый на рис. 6.34а. Он идёт по мнимой оси и замыкается полуокружностью бесконечного радиуса. Любой точке этого контура соответствует определённое значение . На комплексной плоскости  мы тоже получим замкнутый контур . При этом внутренняя область на плоскости  (фактически вся правая полуплоскость) преобразуется во внутреннюю область на плоскости . На этой плоскости существует одна особая точка , в которой  имеет особенность. Поэтому критерий Найквиста формулируется очень просто. Если контур  охватывает эту особую точку, то система неустойчива. При этом в правой полуплоскости  обязательно окажутся полюса . Если же контур  не охватывает эту точку, то система устойчива.

Нужно учесть ещё следующее. Для реальных цепей  при . Следовательно и  для всех точек контура , лежащих на полуокружности. Реально достаточно проанализировать  при изменении частоты  от 0 до , только на верхней половине прямолинейного участка контура . Для нижней половины величины  будут сопряжёнными, симметричными относительно вещественной оси плоскости . Типичные диаграммы Найквиста для устойчивой и неустойчивой систем приведены на рис. 6.34б. Если, к тому же,  при , то годограф вектора  уже окажется замкнутым при изменении частоты от 0 до.

Таким образом, для решения вопроса об устойчивости системы надо анализировать коэффициент передачи разомкнутой цепи ОС , причём нет необходимости анализировать все значения . Достаточно ограничиться только окрестностью особой точки .

6.6. Стабилизация режима работы транзисторного каскада.

Начнём с простейшей схемы усилительного каскада, изображённой на рис. 6.7. Рассмотрим простой пример, чтобы понять главное. Пусть реализован такой режим работы транзистора с :  в,  ма,  ма,  в;  в,  ком,  ком. Усилитель нормально работает. Что произойдёт, если в эту схему поставить транзистор с ? Ток базы не изменится, поскольку он определяется большим сопротивлением , на котором падает практически всё напряжение источника питания (9,3 в). Ток коллектора  станет теперь 10 ма, а  уменьшится до долей вольта. Транзистор войдёт в насыщенное состояние. Усилитель перестал работать.

Главная особенность (и недостаток) этой простейшей схемы состоит в том, что мы стабилизируем постоянную составляющую тока базы, за счёт большого сопротивления . Схема становится критичной к параметру  транзистора. Поэтому эта простейшая схема находит очень ограниченное применение. При массовом производстве аппаратуры очень важно отработать схему так, чтобы она работала без тщательной настройки, не была критична к параметрам транзистора.

Обратимся теперь к другой, наиболее распространённой схеме, рис. 6.8, которая гораздо лучше обеспечивает стабилизацию режима работы каскада. Особенность этой схемы такова. В цепи базы ставится делитель из двух сопротивлений. Величина их выбирается так, чтобы ток делителя был много больше тока базы. Тогда делитель задаёт напряжение на базе транзистора. В цепь эмиттера ставится сопротивление  такой величины, чтобы на нём падало напряжение один–два вольта (за счёт постоянной составляющей тока транзистора). Реализуем в этой схеме тот же режим работы транзистора с :  в,  ма,  ма,  в,  в. При этом:  в,  ком,  ком,  ком,  ком. Ток делителя примерно 1 ма. Усилитель нормально работает.

Ставим теперь в эту схему транзистор с . Предположим, что ток коллектора возрос и стал 6 ма. Есть такой приём рассуждений. Мы предполагаем определённые изменения и анализируем ситуацию. Если мы приходим к противоречию, то предположение ошибочно. Оцениваем ситуацию. Падение напряжения на сопротивлении  стало 2,4 в, ток базы уменьшился до 0,06 ма, напряжение на базе немного возросло,  в. Тогда напряжение  получается всего 0,4 в, и транзистор должен быть заперт, а он работает. Противоречие. Такого изменения тока быть не может. Фактически, ток возрастает всего на 0,25 ма. При этом:  в,  в,  в,  в. Всё сходится. Усилитель нормально работает. Немного изменится коэффициент усиления каскада, но это часто не так важно, поскольку обычно в усилителях делают усиление с большим запасом, а потом уменьшают его, вводя ООС. Вторая схема оказалась мало критична к параметру  транзистора.