электрические приборы и машины
 
 
   
 
   
 
 
     
 
Главная / Электронные приборы / Транзисторные усилители / Транзисторные усилители класса А

Транзисторные усилители класса А

Так же, как при анализе ламповых схем, сначала определим условия работы усилительного каскада в режиме покоя при отсутствии входного сигнала и затем — в динамическом режиме. При выборе начальной рабочей точки пользуются входными и выходными характеристиками транзисторных усилителей. Эти характеристики для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, приведены на рис. 177. Рабочая область характеристик ограничена кривой ABCD.

Участок АВ соответствует максимально допустимому току коллектора, участок ВС — предельно допустимой мощности, рассеиваемой на коллекторе, а участок CD ограничивает величину напряжения Uк.э на коллекторе. Исходными данными для построения динамической характеристики являются рабочая точка, сопротивление нагрузки и напряжение источника питания.

 

Если известны две из этих величин, то третья определяется однозначно. Так, например, если задана рабочая точка К (т. е. известны Iк и Uк.э), то через нее можно провести линию нагрузки, соответствующую заданному напряжению источника питания или сопротивлению нагрузки.

Рис. 177. Выходные (а) и входные (б) характеристики транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

Для этой цели следует воспользоваться уравнением динамической характеристики Uк.э = Е — IкRк, которое позволяет определить вторую точку, необходимую для построения нагрузочной прямой. Так, например, если известно сопротивление нагрузки Rн, то необходимое напряжение источника питания определяется выражением Е = Uк.э + IкRк (точка F). Если же, наоборот, известно напряжение источника (оно должно быть больше, чем напряжение Uк.э, соответствующее точке К), то сопротивление нагрузки определяется из выражения Rк = Е-Uкэ/Iк.

 

Для обеспечения выбранного режима покоя необходимо подать на базу напряжение смещения — Uб.э. На рис. 178 приведены простейшие схемы подачи смещения на базу.

Рис. 178. Схемы подачи напряжения смещения на базу.

В первой схеме напряжение Uб.э подается через сопротивление R1. Величина этого сопротивления легко рассчитывается с помощью уравнения, составленного так же, как и для выходной цепи:

E=Uбэ+R1Iб

откуда

Так как Е >> Uб.э, то сопротивление получается высокоомным (порядка 100 ком и более). Величина его не зависит от типа транзистора. Ток базы определяется напряжением источника питания и сопротивлением R1. Однако при замене транзистора положение рабочей точки может сильно измениться из-за разброса величин β, Iк.о (характерного при изготовлении транзисторов) и влияния температуры окружающей среды.

Во второй схеме напряжение Uбэ подается через делитель, составленный из сопротивлений R1, R2. Для того чтобы напряжение смещения меньше менялось при температурных изменениях обратного тока коллектора Iк.о, ток I делителя должен быть значительно больше тока базы Iб. Сопротивления делителя при заданном токе I определяются по формулам

Эта схема менее экономична, чем предыдущая.

Так как, в отличие от лампы, управляющим сигналом в транзисторе является ток, то с помощью выходной динамической характеристики, построенной на рис. 177, а, необходимо определить пределы изменения тока базы под воздействием входного сигнала и соответствующие им значения тока коллектора. Как видно из рисунка, изменения тока базы от Iб.мин до Iб.макс вызывают перемещения точки К по динамической характеристике в пределах участка PQ. При этом ток коллектора изменяется от значения Iк.мин до Iк.макс.

Путем последовательного переноса точек выходной динамической характеристики строится входная динамическая характеристика.

По входной динамической характеристике можно определить пределы необходимых изменений напряжения входного сигнала, которым соответствуют изменения тока базы от Iб.макс до Iб.мин.

Если рабочая точка К выбрана неверно, т. е. если положительная и отрицательная амплитуды выходного сигнала получаются неодинаковыми, то усилитель работает с искажениями. Коэффициент нелинейных искажений по второй гармонике можно определить,по формуле

                                  (325)

При правильном выборе режима усилительного каскада нелинейные искажения не превышают 3—5%.

Изменение тока коллектора вследствие повышения температуры, а также разброса характеристик могут привести к перемещению первоначально выбранной рабочей точки К по динамической характеристике. Это вызывает резкое возрастание искажений. Поэтому при построении схем усилительных каскадов применяют меры для стабилизации тока коллектора с помощью отрицательной обратной связи по постоянному напряжению или току.

 

Стабилизация тока коллектора заключается в компенсации его изменений на основе автоматического изменения потенциала базы.

На рис. 179, а показана схема, в которой сопротивление смещения Rб подключено непосредственно к коллектору.

Рис. 179. Схемы стабилизации тока коллектора; а и б — сопротивлением смещения Rб; в и г — отрицательной обратной связью по току.

При увеличении тока коллектора Iк первоначально выбранная рабочая точка К смещается вверх по динамической характеристике (см. рис. 179, а), возрастает падение напряжения на сопротивлении нагрузки и поэтому снижается напряжение Uк.б, приложенное к сопротивлению R,. Ток базы I, при этом падает:

а рабочая точка К смещается по динамической характеристике вниз, в свое прежнее положение.

В рассматриваемой схеме часть напряжения выходного усиленного сигнала через сопротивление Rб поступает на базу, т. е. в схеме имеет место отрицательная обратная связь по напряжению. Если она оказывается слишком большой, то сопротивление Rб делят на два сопротивления R'1 и R"1, а среднюю точку подсоединяют к земле через емкость С (рис. 179, б).

Схема стабилизации тока коллектора посредством отрицательной обратной связи по постоянному току показана на рис. 179, в. Напряжение на сопротивлении обратной связи R1, определяется разностью между напряжением источника питания и падением напряжения на сопротивлении Rэ, по которому проходит ток эмиттера Iэ:

UR1 = E-IэRэ.

При увеличении тока коллектора Iк увеличивается падение напряжения на сопротивлении Rэ и уменьшается падение напряжения на сопротивлении R1. Ток базы Iб уменьшается, что вызывает соответственное уменьшение тока коллектора.

Сопротивления R1 и Rэ являются сопротивлениями обратной связи. Величина R1 определяется выражением

Стабилизация тока коллектора будет тем эффективнее, чем больше сопротивление Однако при данном напряжении источника питания большое значение Rэ снижает напряжение Uкэ, соответствующее выбранному режиму, что недопустимо. Схема стабилизации, приведенная на рис. 179, г, является наиболее эффективной. Стабилизация рабочей точки по постоянному току достигается применением делителя R1, R2. При увеличении тока коллектора Iк понижается потенциал эмиттера, что вызывает уменьшение тока /к, так как происходит восстановление первоначального режима.

Нелинейные искажения, имеющие место в однотактном усилителе класса А, можно уменьшить применением двухтактной схемы, работающей в том же режиме. В двухтактном усилителе при использовании симметричной схемы и идентичных транзисторов в выходном сигнале отсутствуют четные гармонические составляющие. Поэтому нелинейные искажения уменьшаются.

 
 
     
 
Copyright © 2012 Электродвигатели и трансформаторы
электрические приборы и машины
Rambler's Top100
Создание сайта Вебцентр