загрузка...
 
3.7. Режимы работы транзисторов
Повернутись до змісту

3.7. Режимы работы транзисторов

Чтобы транзистор усиливал сигналы без искажений (как положительные, так и отрицательные полу периоды переменного напряжения) необходимо создать специальное условие для его нормальной работы. Это условие называется режимом работы транзистора, Режим работы транзистора определяет режим работы каскада усиления усилителя в целом.

Режим работы транзистора (впрочем, и любою другого усилительного элемента) определяется состоянием, т.е. положением рабочей точки на входной характеристике (у ламп рабочая точка определяется на проходной характеристике).

Рабочая точка - точка, координаты которой на входной характеристике транзистора определяются напряжением и током смещения, а на нагрузочной характеристике - напряжениями и токами покоя, т.е. токами и напряжениями, когда отсутствует усиливаемый сигнал. В связи с этим рабочую точку частот называют точкой покоя транзистора.

Режим А ~ это такой режим, при котором рабочая точка выбирается в середине линейного участка входной характеристики транзистора (рис. 3.20, а). В этом режиме сигнал усиливается с минимальными искажениями.

В каскадах предварительного усиления сигналов, когда амплитуда усиливаемого сигнала не превышает нескольких милливольт, рабочая точка выбирается исходя из соображений экономичности и обеспечения оптимального коэффициента усиления каскада, так как для малых амплитуд любой участок характеристики является линейным. При этом следует помнить, что с уменьшением тока покоя (напряжения смещения, подаваемого на базу транзистора) уменьшается коэффициент усиления каскада. В режиме усиления слабых сигналов (менее 100 мВ) практически всегда используется режим А.

Расположение рабочей точки на нагрузочной прямой постоянного тока в режиме А показано на рис. 3.20, б (жирная сплошная линия).

У каскада, работающего в режиме А, нагрузочная прямая для переменного тока проходит также через точку покоя РТ (рис. 3,20, б). Для построения указанной динамической характеристики достаточно найти точку ее пересечения UK макс с горизонтальной осью. Для нахождения точки UK макс на горизонтальной оси откладывают вправо от напряжения покоя Uk0 отрезок, равный /ко-Лн~ Проведенная через точки UK макс и РТ прямая является нагрузочной прямой переменного тока (динамической характеристикой). Если сопротивление нагрузки переменному току равно сопротивлению нагрузки по постоянному току, то нагрузочные прямые постоянного и переменного токов совпадают.

Режим В. В режиме В работают двухтактные каскады усиления мощности звуковых сигналов. В этом режиме усилительный каскад работает с отсечкой тока, т.е. с перерывами, что удобно охарактеризовать углом отсечки 0. Угол отсечки 0 = 90°, когда он равен половине длительности импульса в угловом исчислении в идеализированных условиях. Рабочая точка выбирается в начале координат входной характеристики транзистора (рис. 3.21). В режиме В токи смещения и покоя отсутствуют, т.е. транзистор работает без дополнительного источника смещения. Отсутствие тока покоя существенно влияет на экономичность работы усилительного каскада. Когда отсутствует усиливаемый сигнал (например, в паузах речи или музыки), каскад, работающий в режиме В, от источника питания ток не потребляет. Недостатком этого режима является то, что для усиления звуковых сигналов он всегда требует наличия двухтактных каскадов.

 

Режим В применяется также в преобразователях частоты, в генераторах с зависимым возбуждением радиопередатчиков, в селекторах знаков импульсов и т.д.

 

 


В «чистом» виде режим В в каскадах усиления звуковых сигналов применяется редко из-за больших искажений типа «ступенька». Для устранения этих искажений на базу транзистора подают небольшое напряжение (ток) смещения. При этом ток покоя коллектора выбирается в пределах 1К0 < (0,01 ... 0,1 )/„ тах. Режим, при котором на транзистор подают некоторое небольшое смещение, получил название режима А В (рис. 3,22).

В режиме АВ, так же как в режиме В, усилительные каскады строятся по двухтактной схеме. Небольшое смещение в этом режиме позволяет линеаризовать результирующую характеристику. Такая линеаризация возможна при оптимальном выборе значения тока смещения (напряжения смещения).

Режим С. В этом режиме угол отсечки больше 90° (т.е. на базу транзистора подается отрицательное смещение). Он используется в мощных генераторах с зависимым возбуждением, т.е. в выходных каскадах усиления мощных передатчиков. При режиме С средний ток потребления каскадом /пот имеет наименьшие значения.

Режим D. В этом режиме работают транзисторы усилителей класса Д его называют также ключевым режимом. Положение рабочей точки в этом режиме на форму сигнала не влияет, поэтому ее часто выбирают в начале координат. Режим D используется для усиления импульсных сигналов. В режиме D усилительный элемент имеет два состояния: открытое и закрытое. Это самый экономичный режим.

3.8. Способы подачи смещения

Для обеспечения определенного режима работы транзистора, при котором обеспечиваются минимальные искажения усиливаемого сигнала, на его базу (относительно эмиттера) подают некоторое постоянное напряжение. Это напряжение называют напряжением смещения Uсм- Очевидно, что напряжение смещения вызывает ток базы смешения //,• о. Напряжение смещения часто обозначают как с/Л- 0. Индекс «О» показывает, что эти ток и напряжение создают режим работы транзистора и в отсутствие усиливаемого сигнала, т.е. когда Uc=0. Существует три способа подачи смещения.

Смещение с помощью дополнительного источника питания. При этом способе подачи смещения дополнительный источник питания с ЭДС Есм подключается последовательно с источником сигнала (рис. 3.23, а), если источник сигнала имеет небольшое внутреннее сопротивление, и параллельно (рис. 3.23, б) - если источник сигнала имеет большое внутреннее сопротивление. ЭДС ЕСм дополнительного источника питания соответствует требуемому значению напряжения смещения транзистора. Дополнительное сопротивление Ro6 исключает возможность шунтирования напряжения сигнала источником смещения. Величина добавочного сопротивления должна быть не менее входного сопротивления транзистора. В инженерных расчетах номинал резистора     определяется как

Коб = Есм/ 1бо>

где 1И о - ток базы (смещения), его называют также током покоя базы или током базы в рабочей точке.

Если источник напряжения смещения подключен параллельно к базе транзистора (следовательно, и к источнику сигнала), то источник сигнала подсоединяется ко входу транзистора через разделительный конденсатор CV, соответствующей емкости. Этот конденсатор предотвращает возможность нарушения режима работы транзистора, так как без него часть тока смещения базы протекала бы в цепь источника сигнала - с одной стороны, с другой - не все виды источников сигнала допускают протекание через них постоянного тока.

Создание рабочей точки с помощью подачи смещения от дополнительного источника напряжения применяется, в основном, в измерительных усилителях и усилителях специального назначения. В радиоэлектронной бытовой (и в профессиональной тоже) аппаратуре этот способ подачи смещения не применяется из-за дороговизны и неудобства применения дополнительного источника питания. На практике наибольшее распространение получили способы подачи смещения с фиксированным током базы и с фиксированным напряжением базы.

Смещение с фиксированным током базы. Для расчета параметров цепи подачи смещения сначала определяют положение рабочей точки на семействе выходных (или входных) характеристик (рис, 3.20). Рабочая точка располагается на месте пересечения нагрузочной прямой транзистора с линией его характеристики для тока базы /Б0.

Подпись:

 

Рис. 3.24. Схема подачи смещения с фиксированным током базы

 

Определение параметров цепи подачи смещения сводится к расчету номинала резистора Rf).

Ек ~Vпо

ПО

где Ubo - напряжение смещения базы, соответствующее найденному до характеристикам току покоя базы.

Учитывая, что напряжение смещения базы существенно меньше напряжения питания коллекторной цепи ?7<-транзистора, можно записать

R -Ек

1 но

Из полученного выражения следует, что ток базы не зависит от параметров транзистора, т.е. как бы фиксирован номиналами резистора смещения и величиной напряжения питания коллекторной цепи

/ -h,

К0 ~ Ь '

Смещение с фиксированным током базы применяется в усилительных устройствах не очень высокого класса, так как напряжение между эмиттером и базой зависит от входного сопротивления транзистора, и это ухудшает температурную стабильность работы усилителя. Наибольшую популярность получила схема подачи смещения с фиксированным напряжением базы Смещение с фиксированным напряжением базы. Принципиальная схема каскада усиления, где смещение на базу транзистора осуществляется с фиксированным напряжением, приведена на рис. 3.25. В этой схеме, как и в схеме с фиксированным током базы, Cph Ср2 -разделительные конденсаторы. Они служат для развязки цепей постоянного и переменного токов. Конденсатор Ср} не пропускает постоянный ток делителя (следовательно, и смещения) в цепь источника сигнала, а СР2 - защищает входную цепь последующего каскада (базу следующего транзистора) от относительно большого коллекторного напряжения транзистора.

Подпись:

 

Рис. 3.25. Схема подами смещения с фиксированным напряжением базы

Напряжение смещения на базу транзистора подается с делителя, состоящего из резисторов RdJ и Ro2. Ток, протекающий через сопротивление делителя 10, выбирается из условия наименьшего влияния тока базы на величину напряжения смещения, т.е. 10 > (5.,. 10) I б0, здесь 1б0 - ток базы в рабочей точке, т.е. ток смещения базы, С учетом этого условия можно определить суммарное значение сопротивления делителя:

Е

* д = &д +Rd2 -~~ • 1д

Так как напряжение смещения на базу транзистора подается с сопротивления Ro2, то падение напряжения на нем должно равняться величине напряжения смещения транзистора UCm° Тогда:

"си

Rd2 ~ '

Зная сопротивление нижнего плеча делителя, можно определить сопротивление R0i делителя:

ч          RdJ = Ro~ Rd2 ?

Напряжение смещения, определяемое как UCm = Ід R02. зависит только от величины нижнего плеча сопротивления (Rd2) и тока (10) делителя, т.е. является фиксированным.

 



загрузка...