Слайд 1ВХОДНЫЕ КАСКАДЫ
ТРАНЗИСТОРНЫХ
УСИЛИТЕЛЕЙ
Слайд 2Нелинейные искажения
Равные по величине отрицательное и
положительное приращения UБЭ
вызывают
неравные приращения тока IБ,
а, следовательно, и выходного тока IК
Слайд 3Входные каскады
усилителей низкой частоты
Каскады на биполярных транзисторах
Каскады на полевых
транзисторах
Дифференциальный каскад
Слайд 4Усилительный каскад низких частот с общим эмиттером
,
образуют делитель
для фиксации рабочей
точки p:
где Iд=EК/(
+ ),
Iд=2….5 IБp.
Cp1, Cp2 - разделительные
конденсаторы.
Слайд 5Работа усилительного каскада с ОЭ
Статический режим: для рабочей точки p
по входной характеристике определяем ток IБр.
Строим нагрузочную прямую
Слайд 6Находим (строим, если нет точной) выходную характеристику для тока IБр.
На
пересечении нагрузочной прямой и выходной характеристики находим режим рабочей точки
– UКЭр и IКр.
Динамический режим: на оси UБЭ относительно UБЭр рабочей точки отмечаем точки, соответствующие амплитудным значениям синусоидального входного сигнала UБЭр +Uвх max и UБЭр -Uвх max
По входной характеристике находим амплитудные значения тока IБр +IБ max и IБр–IБ max
Находим (строим) выходные характеристики для IБр +IБ max и
IБр–IБ max
На нагрузочной прямой находим точки пересечения с выходными характеристиками характеристики для IБр +IБ max и
IБр–IБ max
Слайд 7Находим значения коллекторного тока IKp + IKmax и IKp –
IKmax (т.е. определяем диапазон его изменения и амплитуду относительно тока
рабочей точки IБр).
Находим значения напряжения К-Э UKЭp + Uвых max и UKЭp – Uвых max (т.е. определяем диапазон его изменения и амплитуду выходного напряжения относительно рабочей точки UKЭp)
Вычисляем коэффициент усиления, как
KU =Uвых max / Uвх max
В нашем случае KU =5/0,1 = 50.
Отметим, что положительному полупериоду входного сигнала соответствует отрицательный полупериод выходного сигнала, т.е. усилитель по схеме с ОЭ инвертирует сигнал.
Слайд 8Отрицательная обратная связь (ООС) в усилителях
Недостатки транзисторов,
как элементов усилителя:
1.Принципиальная
нелинейность
2.Зависимость характеристик
от температуры – изменение
β, рост тока IK0
– в 2 раза на каждые 10⁰С
Устраняет недостатки
отрицательная обратная
связь, заключающаяся в
подаче на вход со знаком
минус части выходного сигнала
Слайд 9Механизм работы ООС
При изменении IЭ (например, от температуры),
происходит изменение URЭ , при неизменном Uвх это приведет к
противоположному изменению UБЭ, которое скомпенсирует изменение IЭ.
Оценим коэффициент усиления
Uвх = URЭ + UБЭ . Т.к. UБЭ – доли вольта, то можно считать, что Uвх = URЭ (эмиттерный повторитель)
Таким образом, ΔUвх = ΔURЭ
Поскольку IЭ ≈ IК , ΔURЭ = ΔIЭ RЭ, а ΔURК = ΔIК RК,
То KU= ΔUвых /ΔUвх = ΔURК / ΔURЭ = RК /RЭ.
Таким образом, коэффициент усиления схемы с ООС зависит только от номиналов RК и RЭ
Слайд 10Данная ООС называется ООС по току
Назначение CЭ – шунтирование высокочастотных
изменений тока эмитера:
XC = 1/2πfCЭ
Слайд 11Расчет каскада ОЭ
Рассчитать каскад общий эмиттер с
отрицательной обратной связью по току для транзистора (характеристики - рис.
2)
Напряжение ЕК=20 В, режим работы по постоянному току - точка p. Коэффициент передачи базового тока транзистора β=50.
Решение. В соответствии с положением рабочий точки p падение напряжения на транзисторе UКЭp=10 В, ток IКp=10 мА. Пусть KU =10.
Определим величины RК и RЭ.
RК+RЭ = (ЕК ‒ UКЭp)/ IКp =(20 ‒ 10)/0,01=1000 Ом.
Т.к. KU =10, то RК /RЭ=10. Таким образом:
С учетом ряда предпочтительных номиналов E24
RК =910 Ом, RЭ =91Ом.
Слайд 12Определим напряжения UЭ и UБ.
Падение напряжения на RЭ: UЭ
= IКp RЭ = 0,01∙91=0,91 В.
По входной характеристике определяем напряжение
в рабочей точке p: UБЭp=0,2 В. Тогда UБ = UЭ + UБЭp=0,91+0,2=1,11 В.
Определим и , исходя из токов IБ и Iд.
Так как β =50, а ток Iкp = 0,01А, то IБp = IКp/ β = 0,01/50 = 0,0002 А.
Примем ток делителя Iд =5IБp=5∙0,0002 = 0,001А.
Чтобы обеспечить напряжение UБ = 1,11 В,
В соответствии с рядом E24 = 1,1 кОм и падение напряжения на нем составит 1,1 В.
При напряжении питания ЕК=20 В напряжение на резисторе
Ток через резистор
Отсюда
В соответствии с рядом E24
Слайд 13Усилительный каскад на полевом
транзисторе с управляющим pn-переходом
Iвх=IЗ
108 – 109 ОМ
Rвх = RЗ =1-2МОм
Слайд 14Усилительный каскад на полевом
транзисторе с изолированным затвором
RЗИ – 1012...1015Ом
Рабочая
точка обеспечи-
вается и
, т.е.
Rвх=
Слайд 15Преимущества входных каскадов на полевых транзисторах
Более высокое, чем у
биполярных входное сопротивление
Низкий уровень собственного шума вследствие отсутствия рекомбинации неосновных
носителей
Более высокая температурная стабильность
Слайд 16Дифференциальный каскад
Здесь входной сигнал – это разность
между напряжением на Вх1 и Вх2.
Также и
выходной сигнал – это разность ΔUВых между UВых1 = Uа и UВых2 = Uб.
Левое и правое плечи полностью идентичны.
Исходное состояние - I1=I2, Uа=Uб (т.к. R1=R2) и ΔUВых =0.
R3 обеспечивает ООС по току, поддерживая I1+I2 = const.
Каскад не реагирует на синфазный сигнал, т.е. одновременное увеличение (уменьшение) UВх1 и UВх2
Слайд 17Работа дифференциального каскада с противофазным сигналом
Пусть теперь Uвх1 =
+Uвх, а Uвх2 = –Uвх. Тогда рабочая точка в первом
плече сместится вверх, а во втором - вниз. В результате I1 возрастет на ΔI, а I2 уменьшится.
При этом I1 + I2 = const, и, след-но, ООС не влияет.
Изменения тока базы I1 и I2 приведут к изменениям Uвых1 и Uвых2
Причем Uвых1 = Uр –ΔU, а Uвых2 = Uр +ΔU.
Слайд 18Таким образом, дифференциальный каскад усиливает только разностный противофазный сигнал и
не реагирует на синфазный.
Если сигнал изменяется только на одном из
входов, то ООС, стремясь скомпенсировать изменение суммарного тока I1 + I2, уменьшит ток как в первого, так и второго транзистора на ΔI/2. В результате выходной сигнал Uвых будет вдвое меньше, чем для полностью дифференциального сигнала.
Вход 1 называют инвертирующим, а вход 2 – неинвертирующим.
Слайд 19Дифференциальный каскад с генератором стабильного тока