Исследование характеристик транзисторных усилителей с RC-связью: Методические указания к лабораторной работе № 3 по курсам "Электронные устройства робототехнических систем" и "Электронные устройства мехатронных систем"

Министерство образования РФ

 

Московский

ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени

государственный технический университет им. Баумана

Исследование характеристик транзисторных усилителей с RC- связью

Методические указания

к лабораторной работе № 3 по курсам

“Электронные устройства робототехнических систем”

“Электронные устройства мехатронных систем”

Москва                                                                                                2001 г.

Введение

Реостатно-емкостная (RC) связь является наиболее распространенным видом связи между каскадами в различных усилителях переменного тока. Такие усилители способны усиливать сигналы в широком диапазоне частот, просты в конструировании и наладке, обладают стабильными характеристиками и надежны в работе, а также имеют сравнительно малые размеры, массу и стоимость.

Методические указания составлены для лабораторной работы под названием "Исследование характеристик транзисторных усилителей с RC   связью". Краткие теоретические сведения по материалу лабораторной работы даны в общем разделе. Здесь же приводятся необходимые сведения по методике определения входного и выходного сопротивлений усилителя. Содержание лабораторной работы, описание лабораторной установки и порядок выполнения приведены в соответствующих разделах методических указаний.

Краткие теоретические сведения

На рис. 1 представлены наиболее типичные схемы двухкаскадного (рис. 1а) и однокаскадного (рис. 1б) усилителей с RC связью. При построении схем таких усилителей часть элементов обеспечивает необходимые условия режима каскадов по постоянному току, а другие элементы определяют характеристики усилителя для сигналов переменного тока.

При формировании режима каскада по постоянному току определяющим является получение необходимых значений выходного напряжения и тока, усиливаемых без нелинейных искажений в заданном диапазоне рабочих температур окружающей среды. Как известно [1] , для этого в усилителях с RC   связью используется работа транзисторов в режиме класса "А". Поскольку параметры транзисторов существенно зависят от температуры, при работе усилителя в диапазоне температур приходится принимать меры для стабилизации положения рабочей точки. Чаще всего это достигается введением отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному току, сигнал которой пропорционален выходному току транзистора. В этом случае схема каскада имеет вид рис. 2. Действие обратной связи сводится к следующему. Для контура, в состав которого входит входная цепь транзистора, можно записать уравнение

U_ÁÐ = U_БЭР + U_ÝÐ = U_БЭР + I_ÝÐ R_Ý,  или относительно входного напряжения  транзистора        U_БЭР = U_БР - I_ЭР R_Э

Если выбрать сопротивления делителя  R1,R2 достаточно низкоомными и обеспечить выполнение неравенства I_ДЕЛ >> I_БР, то напряжение U_БР практически ее будет зависеть от изменения температуры, т.е. U_БР = const. В этом случае любые изменения тока транзистора I_КР приведут к изменению с противоположным знаком управляющего напряжения транзистора U_БЭР и входного тока I_БР, что скомпенсирует первоначальное изменение тока I_КР.

Так, например, при увеличении температуры ток  I_КР  возрастает, что увеличивает падение напряжения U_ЭР и уменьшает напряжение U_БЭР, поскольку U_БР =const . Это вызывает уменьшение выходного тока транзистора, компенсирующее его первоначальное увеличение.

Для более полной компенсации необходимо увеличивать сопротивление R_Э и уменьшать сопротивления R1 и R2 . Однако это ухудшает усилительные свойства каскада, поскольку при больших значениях сопротивления R_Э уменьшается максимальная амплитуда выходного напряжения, а уменьшение сопротивлений R1,R2 приводит к уменьшению входного сопротивления каскада. На практике используется компромиссные значения этих сопротивлений, обеспечивающие допустимую нестабильность положения рабочей точки и приемлемые усилительные свойства. Эти значения выбираются из следующих условий:

     U _ЭР =(0,1¸0,3) E _к

В таком каскаде рабочая точка при изменениях температуры транзистора совершает конечные перемещения вдоль его линии нагрузки по постоянному току. В процессе расчета каскада по постоянному току величины этих перемещений должны быть оценены и учтены при формировании режима по постоянному току. Для иллюстрации вышесказанного обратимся к рис. 3. Здесь A₁ - рабочая точка при температуре T_1, A₂ - рабочая точка при температуре T_2,              A₃ - рабочая точка при температуре T_3.   T₃ <T₁ <T₂

Режим каскада по постоянному току здесь определяется положением рабочей точки A₁   - для нормальной температуры t₁ , A₂ - для повышенной температуры t₂ и A₃    - для пониженной температуры t₃. Координаты I_КР и U_КЭР рабочей точки A₁ имеют приращения  D⁺i_K и D⁺u_КЭ   при увеличении температуры с t₁ до t₂  и приращения  D^-i_K и D^-u_КЭ при уменьшении температуры с t₁  до  t_3.