В усилителях СП в качестве усилительного элемента наиболее часто используются биполярные транзисторы. Исходя из известных принципов работы биполярного транзистора в усилительном каскаде, отметим, что эффект усиления (когда выделенная в нагрузке мощность переменной составляющей тока превышает мощность отдаваемую источником сигнала) возможен лишь при установке требуемого режима работы транзистора по постоянному току. Режим работы определяется значениями напряжений между электродами транзистора и токов, протекающих через эти электроды. Установка режима по постоянному току осуществляется выбором напряжения источника питания, конфигурации
схемы каскада и сопротивлений, входящих в нее резисторов. При этом выбор режима работы в том или ином каскаде усиления преследует различные цели:
в предварительных каскадах - максимизацию усиления по ЭДС;
во входном каскаде - минимизацию собственной помехи;
в выходном каскаде - максимизацию неискаженной отдаваемой мошности;
во всех каскадах - минимизацию мощности, потребляемой от источников питания, и т. д.
Методика выбора режима по постоянному току в
предварительных каскадах заключается в следующем. Вначале выбирается напряжение
между эмиттером и коллектором из условия 
,где
-максимально допустимое напряжение,
указываемое в справочной литературе. При этом чем выше 
,
тем больше усиление каскада и лучше частотные свойства, но больше и потребление
энергии от источника питания. Затем выбирается величина тока коллектора 
.
Рис. 6.7. Семейство выходных ха- Рис. 6.8. Входные характе-
рактеристик транзистора ристики транзистора
Чем больше Iко, тем выше усиление каскада, но тем больше и затраты энергии, а в некоторых случаях и собственные помехи каскада. Поэтому Iko принимают равным или несколько меньшим того значения тока, при котором определено большинство справочных параметров транзистора. Точка на семействе выходных характеристик транзистора (рис. 6.7) с координатами Uэко, Iко называется рабочей (РТ) или точкой покоя. Для РТ находят значение постоянной составляющей тока базы 1бо, после чего отмечают РТ на входных характеристиках (рис. 6.8). В результате определяется значение напряжения между базой и эмиттером Uэбо.
Режим работы по постоянному току характеризует усилительную способность транзистора. Действительно, приращение напряжения DUэб эмиттерном переходе, которое создает источник усиливаемого сигнала, вызывает некоторое приращение входного тока DIэб. Отношение достаточно малых приращений DUэб/DIб называется входным сопротивлением транзистора и обозначается как h11э. В свою очередь, приращение входного тока DIб вызывает приращение выходного DIк. Отношение DIk/DIб называется коэффициентом усиления транзистора по току и обозначается как h21э.
Приведенные h-параметры являются характеристическими параметрами транзистора, работающего в режиме малого сигнала, т.е. при таких изменениях токов и напряжений на нем, которые не превышают 10 % соответствующих напряжений и токов, определяющих координаты РТ. Если эти изменения больше, то считают, что имеет место режим большого сигнала (это характерно для работы транзистора в выходном каскаде). В этом режиме анализ работы каскада с помощью h-параметров невозможен.
Поскольку параметры каскада должны быть стабильны, при выборе схемы и ее расчете необходимо предусматривать меры по стабилизации режима работы усилительного элемента по постоянному току. В большинстве случаев допускается отклонение величины Iко от своего номинального значения под воздействием дестабилизирующих факторов не более чем на 10 %.
Рис.6.9.
Усилительный каскад сфиксированным напряжением на базе и имиттерной стабилизацией
На рис. 6.9 в качестве примера приведена распространенная схема усилительного каскада с фиксированным напряжением на базе и эмиттерной стабилизацией. Анализ схемы начинается с выбора режима транзистора по постоянному току, т. е. величин Uэко, Iэко, Uэбо и Iбо (см. рис.6.7,6.8) Током Iд, протекающим через так называемый базовый делитель напряжения (R’д,Rд’’), и падениями напряжения URэ и URk на резисторах Rэ и Rk обычно задаются следующим образом: I=(5...20)Iбо, URk =(0,5...1,0) Uэко и URэ =(5...20) х 2,5 х 10-3 Dt, где 2,5 * 10-3 В/град - примерное значение изменения напряжения Uэб0 при изменении температуры окружающей среды на 1°,а Dt - допустимые изменения температуры окружающей среды, град. Большие значения Iд и URэ соответствуют большей стабильности, но и большему расходу энергии источника питания.
В соответствии со схемой, приведенной на рис. 6.9, требуемое напряжение источника питания
Uпит =URk +UКэ0 +URэ
а сопротивления резисторов могут быть рассчитаны по формулам
Uk =URk /Ik0; Rэ =URk/( Ik0 + Iб0); R”д=Uэб0+URэ/Iд;
R’д=( Uпит- Uэб0- URэ)/(Iд+Iб0).
Ток источника питания Iпит= Iк0+ Iб0+ Iд.
При расчете и анализе данной схемы стабилизации постоянного коллекторного тока следует исходить из того, что при его изменении под воздействием каких-либо внешних факторов (например, температуры) происходит соответствующее изменение
Рис. 6.10. Двухкаскадный усилитель с
непосредственной связью между каскадами
падения напряжения на резисторе Rэ и, следовательно, напряжения смещения Uэб0. Уменьшение, например, Iк0 приводит к увеличению Uэб0 и наоборот. Таким образом, схема как бы пытается удерживать значение Iк0 неизменным и выполняет это тем лучше, чем больше сопротивление Rэ. Это свойство схемы проявляется наиболее ярко, если за счет выбора достаточно большого значения тока Iд потенциал базы оказывается практически независимым от тока Iб0 (в этом случае он будет определяться падением напряжения на резисторе R”д). Надо отметить, что относительное увеличение падения напряжения на резисторе Rэ улучшает стабилизацию больше, чем такое же увеличение тока Iд.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.