Студопедия
Новини освіти і науки:
МАРК РЕГНЕРУС ДОСЛІДЖЕННЯ: Наскільки відрізняються діти, які виросли в одностатевих союзах


РЕЗОЛЮЦІЯ: Громадського обговорення навчальної програми статевого виховання


ЧОМУ ФОНД ОЛЕНИ ПІНЧУК І МОЗ УКРАЇНИ ПРОПАГУЮТЬ "СЕКСУАЛЬНІ УРОКИ"


ЕКЗИСТЕНЦІЙНО-ПСИХОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ПОРУШЕННЯ СТАТЕВОЇ ІДЕНТИЧНОСТІ ПІДЛІТКІВ


Батьківський, громадянський рух в Україні закликає МОН зупинити тотальну сексуалізацію дітей і підлітків


Відкрите звернення Міністру освіти й науки України - Гриневич Лілії Михайлівні


Представництво українського жіноцтва в ООН: низький рівень культури спілкування в соціальних мережах


Гендерна антидискримінаційна експертиза може зробити нас моральними рабами


ЛІВИЙ МАРКСИЗМ У НОВИХ ПІДРУЧНИКАХ ДЛЯ ШКОЛЯРІВ


ВІДКРИТА ЗАЯВА на підтримку позиції Ганни Турчинової та права кожної людини на свободу думки, світогляду та вираження поглядів



ЕЛЕМЕНТАРНІ КАСКАДИ ПІДСИЛЕННЯ

 

Елементарні підсилювальні каскади являють собою однокаскадні осеред­ки. До таких каскадів на біполярних транзисторах відносять каскади із за­гальним емітером (ЗЕ), загальним колектором (ЗК) і загальною базою (ЗБ). Схема ЗЕ забезпечує як підсилення напруги, так і підсилення струму. Каскад за схемою з ЗК (емітерний повторювач) повторює на виході вхідну напругу, але із–за підсилення струму забезпечує підсилення потужності. Схема ЗБ повторює на виході струм, що надходить у вхідне коло каскаду (повторю­вач струму). Підсилення потужності в цьому каскаді забезпечується за рахунок підсилення напруги. Найбільше підсилення потужності має схема із ЗЕ.

Однокаскадні підсилювачі звичайно працюють в режимі малого сигналу. Тому для аналізу їх якостей і одержання динамічних параметрів – вхідного і вихідного опорів, коефіцієнтів підсилення за струмом і напругою – склада­ють схему заміщення каскаду. При проведенні аналізу допускають, що на вхід каскаду подається стале синусоїдальне електричне коливання (для підсилюва­чів сигналів незмінної чи повільно змінної амплітуди) або миттєвий стрибок напруги (для підсилювачів імпульсних сигналів).

Крім біполярних транзисторів, в підсилювальних каскадах вико­ристовуються польові транзистори. По аналогії з каскадами на біполярних транзисторах елементарні каскади на польових транзисторах діляться на кас­кади із загальним витоком (ЗВ), загальним стоком (ЗС) та загальним затвором(ЗЗ).

Однокаскадний підсилювач за схемою ЗЕ (рис. 5.3, а). В цій схемі ко­рисна вихідна потужність на опорі навантаження

RH= RСRH/(RС+ RH)

зумовлена складовою колекторного струму за рахунок корисного сигналу з амплітудою ІСт (або колекторної напруги з амплітудою UСт), майже повністю обумовлюється енергією джерела живлення ЕC , а не енергією вхідного сиг­налу.

Проаналізуємо роботу підсилювального каскаду в області середніх час­тот. Для цього скористаємося еквівалентною схемою каскаду (рис. 5.3, 6), одержаною із T–подібної схеми заміщення транзистора.

Рис. 5.3

Колекторний струм ІC можна знайти, якщо врахувати, що струм, який надходить від генератора h2ІЕІB , розгалужується в паралельні вітки, опір яких і RСн+ rЕ. Оскільки звичайно RСн >>rЕ, то опором rЕ можна знехтувати і для колекторного струму записати

ІС = h2ІЕІB[ /( + RСн)]. (5.9)

Вхідний опір підсилювального каскаду визначається відношенням

Uвх /Івх =U/ІB. Оскільки через опір бази протікає струм ІB, а через опір rЕ – сума струмів ІВ і ІС , то вхідний опір

Rвх= rВ + rЕ [1+ h2ІЕ /( + RСн)]. (5.10)

Через те, що дуже часто >>RСн,вхідний опір підсилювального каска­ду дорівнює вхідному опору транзистора, тобто

Rвх= h11Е = rВ + rЕ (h2ІЕ + 1). (5.11)

 

Оскільки напруга на ділянці база–емітер залежить від теплового потен­ціалу φт, то

Rвх =h11Е =U/ІB ≈ φт/ІB = (h21Е + l) φтЕ.(5.12)

В режимі малих (мікроамперних) струмів, який характерний для підси­лювальних каскадів в інтегральному виконанні, виміряний вхідний опір виявляється в півтора–два рази більшим, ніж обчислений за формулою (5.12). Тому в останню формулу вводять множник т = 1...2, який враховує змен­шення h21Ев режимі мікрострумів . При цьому

Rвх =h11Е = (h21Е + l)(тφтЕ).(5.13)

Скориставшись рівнянням (5.11), одержимо

Rвх= h11Е. (5.14)

Якщо в коло емітера в схемі на рис. 5.3, а ввімкнути резистор RЕ. то в екві­валентній схемі на рис. 5.3, б він 6уде ввімкнутий послідовно з опором емітерного переходу rЕ і вхідний опір каскаду з6ільшиться згідно з (5.11):

Rвх= rB + (rЕ + RЕ )(h21Е + 1). (5.15)

Якщо, наприклад, rB = 100 Ом, rЕ = 20 Ом, RЕ = 300 Ом, h21Е = 100, то Rвх, обчислене за формулами (5.11) і (5.15), дорівнює відповідно 2120 і 32420 Ом. Таким чином, введення негативного зворотного зв'язку за змінним струмом призводить до помітного підвищення вхідного опору підсилювального каскаду.

Коефіцієнт підсилення напруги за (5.9) і (5.10) такий:

(5.16)

В тих випадках, коли >> RСн, враховуючи (5.12), одержимо

(5.17)

Коли вхідний опір підсилювального каскаду порівняний з опором джерела вхідного сигналу Rдто вихідну напругу оцінюють не за відношенням Uвих /Uвх,а за Uвих /Ед. Оскільки В цьому випадку справедливі рівняння:

Uвих = ІСRСн= [h21ЕІB /( + RСн)]RСн;

ІВ = Ед /(Rд+ Rвх),

то

(5.18)

Коефіцієнт підсилення за струмом з урахуванням формули (5.9)

КпІ= ІСB = h21Е /( + RСн). (5.19)

Вихідний опір Rвихзнаходять як звичайно при відімкненому навантаженні і нульовому вхідному сигналі, і, якщо врахувати, що >>RС , то

Rвих ≈ RС. (5.20)

Однокаскадний підсилювач за схемою ЗБ (повторювач струму).Принципова схема підсилювального каскаду на біполярному транзисторі за схе­мою з ЗБ показана на рис. 5.4, а. Підсилення потужності за такою схемою менше порівняно зі схемою, підсилювача із ЗЕ і гірше відношення Rвх /Rвихв порівнянні з підсилювальним каскадом за схемою ЗК, тому її використовують рідше в при­ладах промислової електроніки. Але транзистор за схемою ЗБ має високу лінійність колекторної характеристики, що обумовлює низький рівень нелінійних спотворень підсилюваного сигналу.

Рис. 5.4

На відмінність від схеми із ЗЕ підсилювальний каскад за схемою ЗБ не інвертує фазу вхідного сигналу, оскільки дія, наприклад, позитивної півхвилі вхід­ного синусоїдального сигналу викликає зниження емітерного, а отже, колектор­ного струмів, що викликає приріст позитивного потенціалу на колекторі транзис­тора. Скориставшись Т–подібною еквівалентною схемою транзистора із ЗБ, скла­демо еквівалентну схему підсилювального каскаду (рис. 5.4, 6). Оскільки каскад охоплений глибоким негативним зворотним зв'язком за струмом, то коефіцієнт передачі за струмом

КпІ= ІСE = h21B/(1+ RСн /rC ). (5.21)

менший за одиницю і при rC >>RСн дорівнює h21B. Отже, вихідний струм повторює вхідний, звідси і назва – повторювач струму.

Паралельний зворотний зв'язок приводить до збільшення споживання струму у вхідному колі, що знижує вхідний опір каскаду

(5.22)

Низькоомний вхід знижує вплив паразитних ємностей у вхідному колі, що зменшує спотворення, які вносить каскад, в області високих частот. Коефіцієнт передачі за напругою з урахуванням рівняння (5.22)

(5.23)

Вихідний опір підсилювального каскаду за схемою ЗБ визначається рі­внянням (5.20). як самостійні каскади підсилення за схемою ЗБ практично не використовуються. Але вони широко застосовуються як складові час­тини підсилювальних секцій, наприклад, як ключ диференційного підси­лювача і т. п.

Однокаскадний підсилювач за схемою ЗК (повторювач напруги). Принципова схема підсилювального каскаду за схемою ЗК показана на рис. 5.5. Навантаження в підсилювачі вмикається в емітерне коло транзистора. Така схема має підвищений вхідний опір і знижений вихідний опір, що дозволяє використовувати її для узгодження або розділення високоомного джерела вхідного сигналу і низькоомного наван­таження.

Рис. 5.5

Резистор RЕ єопором навантаження, що визначає динамічний режим роботи транзистора. Зовнішнє навантаження під'єднується у вигляді опору RH. За­гальний опір навантаження за струмом корисного сигналу

RЕн= RЕRH /(RЕ + RH ). (5.24)

Вхідна і вихідна напруги підсилювального каскаду за схемою ЗК при такому вмиканні навантаження збігаються за фазою, оскільки при надхо­дженні вхідної напруги позитивної полярності базовий струм підвищується, зумовлюючи підвищення емітерного струму. Це призводить до підвищення спаду напруги на опорі RЕні зростання позитивного потенціалу емітера, з якого знімається вихідний сигнал.

Зі схеми видно, що Uвх= UВЕ + Uвих. Оскільки значення RЕн, на якому виділяється напруга Uвих, як правило, значно перевищує опір емітерного переходу, до якого прикладена напруга UВЕ, то Uвих >>UВЕ і Uвх ≈ Uвих.Зважаючи на те, що Uвих =Uвх – UВЕ, КпU= Uвих /Uвхблизький до одиниці, але менший за неї. Таким чином, підсилювальний каскад лише повторює вхідну напругу за рівнем напруги і фазою, звідки і назва – емітерний повторювач. Але така схема дає підсилення за струмом і потужністю.

Порівнюючи схеми на рис. 5.3, а і 5.5, можна зробити висновок., що емітерний повторювач подібний до підсилювального каскаду за схемою ЗЕ, у якого RС = 0, з резистором RЕ в емітерному колі. В такому разі вся напруга вихідного сигналу на резисторі RЕнпослідо­вно вводиться у вхідне коло підсилювача. Але через те, що Uвхі Uвихсинфазні, Uвихто віднімається від Uвх, знижуючи п. Тому в схемі існує 100 %– ний послідовний негативний зворотний зв'язок, що підвищує вхідний і зменшує вихідний опори емітерного повторювача.

Вхідний опір схеми із ЗК можна знайти з рівняння (5.15), замі­нивши RЕ на RЕн:

Rвх= rB + (rЕ + RЕн)/(h21Е + 1), (5.25)

який тим більший, чим більший RЕні h21Е транзистора. Вихідний опір емітерного повторювача

Rвих= rЕ + (rB + Rд )/(h21Е + 1) (5.26)

залежить від опору джерела вихідного сигналу і тим менший, чим більший коефіцієнт передачі струму бази транзистора. Якщо, наприклад, rЕ = 20 Ом, rB = 200 Ом, Rд= 100 Ом і h21Е = 100, то Rвих = 23 Ом. Коефіцієнт підсилення за напругою

(5.27)

Коефіцієнт підсилення за струмом

(5.28)

При виконанні нерівності >>RЕн КпU = (h21Е + 1)>> 1.

Наявність в емітерному повторювачі негативного зворотного зв'язку підвищує стабільність його характеристик, тобто зменшує частотні, фазові і нелінійні спотворення. Ця схема має широкий динамічний діапазон, що дозволяє вико­ристовувати її як вихідний каскад аналогових ІМС для передачі сигналу великої амплітуди.

Однокаскадні підсилювачі в інтегральному виконанні.Техноло­гічно такі підсилювачі виконують у вигляді монолітно) схеми, яка містить всі необхідні елементи (транзистори, діоди, резистори та інше) в інтегра­льному виконанні і підсилює електричні сигнали без вмикання додаткових елементів. Інтегральна електроніка, використовуючи найновіші досяг­нення технології, дозволяє вагомо підвищити якість і надійність електро­нних підсилювачів, забезпечуючи )х так званою функціональною надлиш­ковістю. Такі підсилювачі подібні до багатоцільових пристроїв, оскільки, змінюючи в них комутацію зовнішніх виводів, а також способи під'єднання джерела сигналів і навантаження, можна одержати підсилювачі з різними характеристиками. В окремих випадках інтегральні підсилювачі допов­нюють навісними елементами.

Лінійні інтегральні підсилювачі можна поділити на три групи: одновходові, диференційні й операційні. Однокаскадні підсилювачі в інтегральному виконанні одновходові.

Рис. 5.6

На лис. 5.6, а показана принципова схема, а па рис. 5.6, б – схема вмикання попереднього підсилювача низької частоти серії 119 (Мікросхема 119 УH1), яка має такі параметри: ЕС = 6,3 В; – Ек = – 6,3 В; Rвх= 5 к Ом; Uвих= 0,75 В при Кг≤ 10%.

Однокаскадний підсилювач виконаний на біполярному транзисторі за схемою ЗЕ. Якщо вихідну підсилену напругу знімають з виводу 5, то опором навантаження колекторного пола змінному струму є опір RЕ, то­му що приєднаний до виводу 12 і корпусу навісний конденсатор ємністю 15,0 мкФ (рис. 5.6, б) шунтує за змінним струмом резистор R2. Останній виконує функцію термостабілізації робочої точки. З виводів 5 та 11 можна одночасно знімати два протифазні вихідні сигнали.

На рис. 5.7, а показана принципова схема простого емітерного повторювача в інтегральному виконанні серії 218 (мікросхема 218 УЕ2). Вивід 13 мікросхеми (на рис. 5.7, а)можна використати як вхідний, якщо необхідно розширити частотну характеристику емітерного повторювача аж до частоти ωн= 0.

Рис. 5.7

Однокаскадні підсилювачі на польових транзисторах. Польовий транзи­стор можна вмикати в підсилювальну схему трьома різними способами: з зага­льним витоком (ЗВ), загальним стоком (ЗС) і загальним затвором (ЗЗ). Найча­стіше використовують схему ЗВ, аналогічну схемі ЗЕ на біполярному транзисторі.

На рис. 5.8, а показана схема підсилювального каскаду на польовому тран­зисторі з ізольованим затвором МДН–типу. Динамічний режим роботи польового транзистора забезпечується резистором в колі стоку RD,з якого знімається корисний вихідний сигнал при наявності вхідного підсилюваль­ного сигналу. Як правило, RD <<RG Rвх,де RG = R1|| R2. Тому, якщо навантаженням підсилювального каскаду на польовому транзисторі є вхі­дний опір аналогічного каскаду підсилення, то опори навантаження підси­лювача постійній і змінній складовим струму стоку приблизно рівні:

RD= = RD~ = RD Rн/(RD + Rн). (5.29)

Автоматичне зміщення в підсилювальних каскадах на польових МДН–транзисторах, у яких полярність напруги на стоку і затворі однакова, здійснюється, як і в каскадах на біполярних транзисторах. При цьому напруга зміщення на затвор для забезпечення режиму спокою подається від джерела стокового живлення ЕD через резистивний подільник Rlі R2,який повинен бути високоомним, щоб суттє­во не знижувати вхідний опір підсилювального каскаду.

Для аналізу складемо еквівалентну схему підсилювального каскаду в об­ласті середніх частот (рис. 5.8, б)з врахуванням опору навантаження струму стоку RD,але без опору RG,який впливає тільки на вхідний опір підсилю­вача. Коефіцієнт підсилення за напругою

(5.30)

де S – крутість характеристики польового МДН–транзистора; RD знаходять за формулою (5.29). Як правило, Rі >>RD, тому вираз (5.30) спрощується

(5.31)

Знак мінус у виразі (5.31) показує, що підсилювальний каскад з ЗВ міняє фазу підсилюваного сигналу на 180 ел. град.

У пристроях мікросхемотехніки застосовують підсилювальні каскади за схемою вмикання польового транзистора із ЗС. В такому каскаді із затвором у вигляді p-n-переходу (рис. 5.9) навантажувальний резистор Rнввімкнений у коло витоку, напруга підсилюваного сигналу з цього кола підво­диться до зовнішнього навантаження.

За своїми якостями підсилювальний каскад за схемою ЗС аналогічний емітерному повторювачу. Він має великий вхідний і малий вихідний опори, його коефіцієнт підсилення за напругою близький до одиниці, а вхідна і вихідна напруги підсилюваного сигналу збігаються за фазою. Тому та­кий каскад називають витоковим повторювачем.

Рис. 5.8 Рис. 5.9

Підсилювальні каскади на польових транзисторах, завдяки їх вели­кому вхідному опору (декілька мегаом), широко застосовують як вхідні каскади різних електронних пристроїв, в тому числі як підсилювачі в інтегральному виконанні.


Читайте також:

  1. ВИБІРКОВІ КАСКАДИ ПІДСИЛЕННЯ
  2. ДИФЕРЕНЦІЙНІ КАСКАДИ ПІДСИЛЕННЯ
  3. Для підсилення ефекту доцільно заздалегідь підготуватися і надіслати тези доповіді і список виступаючих у дебатах.
  4. Елементарні логічні операції
  5. Елементарні перетворення матриці.
  6. Елементарні перетворення рядків матриці
  7. Елементарні поняття теорії автоматів
  8. Елементарні статистичні характеристики
  9. Елементарні типи бінарних відношень
  10. Елементарні частинки та фундаментальні взаємодії
  11. Елементарні частинки|частки| і їх електромагнітне поле – особливий вид матерії




Переглядів: 3238

<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
МЕТОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ І СТАБІЛІЗАЦІЯ РЕЖИМУ РОБОТИ ТРАНЗИСТОРНОГО КАСКАДУ ПІДСИЛЕННЯ | СКЛАДЕНИЙ ТРАНЗИСТОР

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

  

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.008 сек.