Активный компонент усилителя (транзистор, операционный усилитель, электронная лампа) для выполнения той или иной функции должен иметь вполне определённые координаты статического режима: напряжения на электродах, токи через выводы. Здесь мы будем анализировать работу активных компонентов только в линейном режиме. Координаты статического режима будут задаваться с помощью резисторов, стабилитронов, диодов, источников ЭДС или тока, подключаемых к выводам активных компонентов; эти элементы будем называть цепями смещения.
Параметры элементов цепей смещения должны быть определены на основе расчёта, который выполняется, как правило, на основе решения системы уравнений, составленной на основе первого и второго правил Кирхгофа.
Так, для схемы, приведённой на рисунке 1, справедлива следующая система уравнений:
где U Б – потенциал базы транзистора; IK , I Э – токи коллектора и эмиттера транзистора соответственно; U КБ , U БЭ – разность потенциалов между соответствующими электродами.
Возможно вы искали - Курсовая работа: Системы обработки и продвижения почтовых отправлений и печати в городе
Рис. 1. Схема установления статического режима биполярного транзистора
Второе уравнение системы (1) можно упростить, если выполняется условие: I Б << U Б / R Б2 ,которое, по сути, означает, что ток базы пренебрежимо мал по сравнению с током делителя R Б1 , R Б2 ; поэтому первым слагаемым в правой части второго уравнения системы (1) можно пренебречь.
Для современных кремниевых транзисторов малой и средней мощности можно считать, что в активном режиме U БЭ » 0,6¸0,7 В, а остальные параметры – любой ток или напряжение, сопротивления резисторов – могут быть неизвестными. На практике чаще всего встречаются три основных ситуации.
1. Полностью отсутствует или имеется минимальная исходная информация о координатах статического режима транзистора. Требуется осуществить параметрический синтез схемы – рассчитать параметры цепи смещения. Поскольку в этом случае система уравнений (1) содержит только неизвестные величины, допустимо множество её решений. В этом случае необходимо задаться некоторыми параметрами элементов цепи смещения и, руководствуясь инженерными соображениями, выбрать разумные координаты статического режима транзистора.
Похожий материал - Контрольная работа: Системы радиопеленгации
Во-первых, определяют положение рабочей точки (РТ) на входной и выходной характеристиках транзистора (рис. 2). Необходимо, чтобы РТ (рис. 2а) лежала ниже кривой I = f ( P К.МАКС ) – так называемой кривой равной мощности; таким образом гарантируется отсутствие превышения предельных эксплуатационных параметров транзистора. Для этого необходимо провести нагрузочную прямую, пересекающую оси координат в точках ЕП и ЕП / R К так, чтобы она полностью лежала ниже кривой равной мощности, и на ней выбрать положение РТ. По сути, нагрузочная прямая показывает возможные координаты рабочей точки при выбранном резисторе R К и напряжении ЕП при изменении сопротивления промежутка коллектор-эмиттер транзистора от нуля до бесконечности, то есть от режима насыщения до режима отсечки.
Во-вторых, для маломощных транзисторов рекомендуется устанавливать типовые значения параметров токов и напряжений, входящих в систему (1.1): I К » 1 мА; напряжение питания ЕП – из стандартного ряда – 3; 4,5; 5; 6,3; 9; 15 [B] и т.д. Напряжение коллектор-эмиттер можно выбирать из условия:
U КЭ » ( E П – I Э R Э ) /2.
Рис. 2. Выходные а) и входная б) характеристики биполярного транзистора
Очень интересно - Реферат: Усилительные свойства одиночных каскадов
В этом случае можно обеспечить максимально возможную неискажённую амплитуду сигнала на выходе усилителя в схеме с общим эмиттером или с общей базой. Если предполагается, что амплитуда сигнала на выходе усилителя будет мала (несколько десятков – сотен милливольт), статическое напряжение коллектор-эмиттер должно выбираться из условия обеспечения активного режима работы транзистора (переход коллектор-база смещён в обратном направлении).
2. Существует некоторая исходная информация: часть координат статического режима задана, определены номиналы некоторых резисторов. Естественно, расчёт ведётся с учётом заданных параметров, а остальные неизвестные в системе (1) выбираются из тех же соображений, что и в первом случае. При этом, возможно, придётся использовать несколько итераций для получения рациональных значений неизвестных величин.
3. Номиналы цепей смещения заданы, необходимо определить координаты статического режима. В этом случае находят в справочнике необходимую информацию о параметрах транзистора и проводят анализ.
На практике в различной РЭА применяется довольно большое количество схем установления статического режима. Всем им присущи определённые достоинства и некоторые недостатки. Наиболее распространённые схемы задания статического режима биполярных транзисторов приведены на рисунке 3, полевых транзисторов – на рисунке 4.
В качестве примера проведём расчёт статического режима схем рисунка 3. Используя приведённую методику, читатель может самостоятельно, в качестве упражнения, рассчитать параметры элементов остальных схем при некоторых заданных условиях, а затем проверить результат расчёта в процессе моделирования.
Вам будет интересно - Реферат: Элементная база радиотехники
При осуществлении параметрического синтеза схемы очень часто возникает необходимость поиска компромисса при выполнении иногда противоречивых условий. С одной стороны, цепи смещения потребляют ток, не совершающий полезной работы, что снижает КПД устройства, зачастую и входное сопротивление схемы. С другой – уменьшение токов в цепях смещения, как правило, увеличивает температурную нестабильность схемы из-за того, что температурно-зависимые напряжения и токи транзистора оказываются соизмеримы с токами и напряжениями цепей смещения.
Так, для схемы рисунка 3а уравнение для задания статического режима выглядит следующим образом:
, (2)
где b – коэффициент усиления тока базы транзистора VT1.
Такая схема задания статического режима (рис. 3а) подкупает простотой, но наиболее существенный её недостаток – зависимость режима от b транзистора. Наличие отрицательной обратной связи с коллектора на базу через резистор R Б несколько уменьшает нестабильность режима, в том числе и от изменения температуры. Действительно, если по какой-либо причине ток коллектора начинает увеличиваться, растёт падение напряжения на резисторе R К , снижается потенциал коллектора, уменьшается ток через резистор R Б , то есть ток базы, что приводит в уменьшению тока коллектора; таким образом осуществляется в некоторой степени стабилизация режима по постоянному току. Провести анализ стабильности режима схемы по постоянному току при воздействии температуры – достаточно сложная и громоздкая процедура. Температурные зависимости b , напряжения U БЭ , обратного тока коллектора I КБ.0 влияют на стабильность режима достаточно сложным образом, но, как правило, с ростом температуры ток коллектора возрастает. Все эти явления легко исследовать в процессе моделирования. (В конце раздела будут приведены контрольные вопросы, касающиеся температурной стабильности статического режима, правильность ответа на которые легко проверить, опираясь на результаты моделирования.)
Похожий материал - Курсовая работа: Цифровой фильтр высокой частоты
Рис. 3. Способы задания статического режима
Гораздо лучшими характеристиками стабильности статического режима обладает схема рисунка 3г. Расчёт статического режима такой схемы удобно проводить в предположении, что коэффициент усиления тока базы b >>1, то есть ток делителя I Д , протекающий через резисторы R1 и R2, много больше тока базы транзистора. Задавшись ЕП = 9 В, U Э = 1 В, I К = 1 мА, U К = 4,5 В, U БЭ = 0,7 В, I К » I Э , b = 65, из системы уравнений (2) определим недостающие номиналы элементов:
