Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Класи роботи підсилювального каскаду на транзисторі

Ступінь нелінійних спотворень підсилюваних сигналів і к.к.д. підсилювального каскаду визначається вибором його робочого режиму (класу) роботи. В залежності від того, протягом якого часу, за час періоду вхідного сигналу, протікає струм у колекторному колі транзистора, розрізняють чотири основні режими (класи) роботи транзистора: А, АВ, В, С.

Для оцінки режиму роботи транзистора вводять параметри, який називають кутом відсічки. Кутом відсічки називають половину тієї частини періоду сигналу протягом якої протікає струм через транзистор. Кут відсічки позначають літерою θ і виражають у кутових одиницях.

В режимі класу А робоча точка не виходить за границі лінійної ділянки динамічної характеристики, а точка спокою переважно знаходиться на середині навантажувальної прямої для постійного струму. Це забезпечує мінімальні нелінійні спотворення підсилювача. Напруга зміщення в цьому режимі за абсолютним значенням завжди більша амплітудного значення вхідної напруги, а вхідний струм спокою завжди більший амплітудного значення змінної складової вхідного струму (рис.1.18). Отже в класі А струм у вихідному колі транзистора протікає протягом всього періоду напруги підсилюваного сигналу. Кут відсічки в класі А складає θ =180^о =π. Цей клас роботи застосовується переважно в каскадах попереднього підсилення, а також в каскадах потужного підсилення незначної потужності. Основна перевага режиму А – мале значення коефіцієнту гармонік, а основний недолік – низьке значення к.к.д. каскаду, яке переважно не перевищує (20-30)%.

Рис.1.18. Вибір робочої точки на вхідній характеристиці

транзистора в класі А

У випадку низького рівня сигналу, коли вибір робочої точки некритичний з огляду на максимально допустимі параметри транзистора, необхідно враховувати залежність параметрів від режиму роботи транзистора. Значення напруги і струму транзистора в режимі спокою необхідно вибирати в залежності від конкретного застосування підсилювального каскаду. При різних режимах каскаду за постійним струмом змінюються значення параметрів транзистора, зокрема:

· коефіцієнти підсилення за струмом – (α або β);

· ємність колекторного переходу – С_к;

· гранична частота підсилення транзистора за струмом – (f_α або f_β);

· коефіцієнт шуму транзистора – F.

В багатьох випадках необхідно орієнтуватися на типовий режим транзистора, який рекомендується довідковою літературою, але в ряді випадків відхід від рекомендованого режиму не тільки допустимий, але й необхідний.

В режимі класу В напруга зміщення вибирають таким чином, щоб точка спокою Р знаходилася на самому початку динамічної характеристики для постійного струму. При наявності вхідного сигналу стум у вихідному колі існує протягом половини періоду вхідного сигналу. В транзисторних підсилювальних каскадах транзистор відкритий тільки протягом половини періоду вхідного сигналу (рис.1.19), тому в класі В кут відсічки складає , а робоча точка в режимі спокою вибирається при малих значеннях колекторного струму близьких до І_к ₀.

Рис.1.19. Вибір робочої точки на вхідній характеристиці

транзистора в класі В

Основна перевага класу В – це мале споживання енергії від джерела живлення і високий, у порівнянні з класом А, к.к.д., який досягає
(60-70)%. Недолік такого класу – великий рівень нелінійних спотворень і переважно застосовується в двотактних схемах підсилення потужності.

Клас АВ – займає проміжне положення між класами А і В. Струм в колі колектора транзистора протікає протягом часу більшого за половину періоду. Кут відсічки в класі АВ знаходиться в межах . Цей клас роботи більш економічний ніж клас А і має менші нелінійні спотворення ніж в класі В. Застосовується в двотактних підсилювачах потужності, коли необхідно поєднати низький рівень нелінійних спотворень з високим значенням к.к.д.

Рис.1.20. Вибір робочої точки на вхідній характеристиці

транзистора в класі АВ

При роботі підсилювального каскаду в режимі класу С напруга зміщення вибирають такого значення, при якому точка спокою знаходиться лівіше початку вхідної динамічної характеристики транзистора (рис.1.21). В цьому випадку струм спокою вхідного кола транзистора дорівнює нулю.

В цьому режимі струм у вихідному колі підсилювального елемента протікає протягом часу меншого за половину періоду вхідного сигналу. Кут відсічки в класі С знаходиться в межах . В класі С точка спокою знаходиться в режимі відсічки.

Рис.1.21. Вибір робочої точки на вхідній характеристиці

транзистора в класі С

Цей режим більш економічний ніж в класі В, к.к.д. досягає 85% і застосовується в потужних резонансних підсилювачах потужності де навантаженням є резонансний -контур, який налагоджений на частоту вхідного сигналу. Такий характер навантаження дозволяє значно зменшити рівень нелінійних спотворень вихідного сигналу, який в цьому випадку більший ніж в класі В.

1.6. Подача зміщення у вхідні кола транзисторів
і стабілізація точки спокою

Підсилювальний каскад зберігає працездатність і забезпечує необхідні вимоги, якщо струм в колі колектора при відсутності сигналу (струм спокою колектора) не виходить за певні межі при зміні температури, старінні елементів підсилювача та їх заміні. Зменшення струму спокою викликає зменшення струму, напруги і потужності сигналу на виході каскаду, зменшенню коефіцієнта підсилення, збільшенню нелінійних спотворень. Збільшення струму спокою збільшує споживану потужність, зменшує к.к.д. каскаду, викликає перегрів підсилювальних елементів та інших деталей, а деколи приводить до виходу їх з ладу. Збільшення струму спокою відносно мінімального значення в режимі А переважно допускають в (1,2 ÷ 1,3) разів в каскадах потужного підсилення і не більш як
(1,3 ÷ 1,5) разів в малопотужних каскадах попереднього підсилення.

Основними причинами зміни струму спокою каскаду при заміні біполярного транзистора або змінні температури є:

· зміна коефіцієнта підсилення струму транзистора при зміні температури - ;

· зміна некерованого струму колектора транзистора для кремнієвих транзисторів і для германієвих транзисторів;

· температурне зміщення вхідної характеристики транзистора .

Для встановлення необхідного положення робочої точки (необхідного значення струму спокою колектора) у вхідне коло транзистора необхідно подати напругу зміщення, полярність і значення якої залежить від типу провідності транзистора і положення його робочої точки.

Найпростіший спосіб подачі зміщення на біполярний транзистор є:

· зміщення фіксованим струмом бази;

· фіксованою напругою бази;

· фіксованим струмом емітера.

При зміщені фіксованим струмом бази (рис.1.22) напруга зміщення між базою і емітером створюється струмом зміщення бази, який проходить через опір переходу база-емітер, такий спосіб зміщення придатний лише для каскадів, які працюють в режимі А. Оскільки опір резистора в колі бази набагато більший за опір переходу база-емітер транзистора для постійного струму, то значення струму бази транзистора в стані спокою визначається напругою колекторного живлення і опором базового резистора і залишається практично незмінним при зміні температури, старінні та заміні транзистора, тому такий спосіб подачі зміщення і називають зміщенням фіксованим струмом бази. Опір резистора в колі бази буде дорівнювати

де Е_к - напруга колекторного живлення каскаду;

- напруга зміщення база-емітер, яка визначається положенням робочої точки в режимі спокою на вхідній характеристиці транзистора;

- статичний коефіцієнт підсилення транзистора в схемі з спільною базою;

І_к ₀ - некерований початковий струм колектора транзистора;

І _{0 к}, І _{0 е} - струми спокою колектора і емітера відповідно.

Рис.1.22. Схема зміщення фіксованим струмом бази

Зміщення фіксованим струмом бази деколи застосовується в схемах, які працюють в лабораторних умовах, коли зміна температури оточуючого середовища знаходиться в межах , і допускається підбір значення резистора . Така схема зміщення не застосовується в підсилювальній апаратурі, яка призначена для серійного виробництва.

Схема подання зміщення фіксованою напругою бази зображена на рис.1.23 і використовується для каскадів, які працюють в режимі А і В, але вона менш економічна, оскільки додатково виділяється потужність на резисторах базового подільника напруги. Резистори подільника напруги повинні мати менший опір для постійного струму від ділянки база-емітер транзистора, в цьому випадку напруга зміщення буде залишатися практично незмінною при зміні напруги і старінні транзистора. Значення опорів подільника напруги розраховуються за такими виразами

де– струм спокою бази транзистора;

І_П – струм базового подільника напруги, який в залежності від значення струму спокою бази складає .

Рис.1.23. Схема зміщення транзистора фіксованою напругою база-емітер

При зміщенні фіксованою напругою база-емітер заміна транзистора і зміна температури набагато менше змінюють струм спокою колектора транзистора.

Схема з фіксованою напругою бази задовільно підтримує стабільність положення робочої точки в діапазоні температур оточуючого середовища , а також мало критична при заміні транзистора особливо при низькоомному подільнику напруги, оскільки в цьому випадку відносно великі зміни базового струму будуть викликати незначні зміни напруги на базі транзистора.

Рис.1.24. Схема зміщення транзистора фіксованим струмом емітера

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒