Самовозбуждение усилителей с ОС
Чтобы усилитель самовозбудился, т.е. перешел в режим генерирования, должны одновременно выполняться 2 условия:
1. Баланс фаз – фазовый сдвиг, вносимый усилителем, должен быть кратен , т.е.: , где n – целое число.
В этом случае ОС становится положительной, т.к. напряжение обратной связи совпадает по фазе с входным напряжением.
2. Баланс амплитуд – ОС должна быть достаточно глубокой – такой, чтобы энергия цепи ОС компенсировала бы потери в схеме.
Связь будет достаточно глубокой, если коэффициент усиления усилителя с положительной ОС будет стремиться к бесконечности ( ∞).
Если учесть, что (3),
где – коэффициент усиления усилителя без ОС;
– коэффициент передачи цепи ОС,
то выражение (3) будет стремиться к бесконечности, если , т.е. .
Таким образом, для того, чтобы ОС была достаточно глубокой, необходимо, чтобы петлевое усиление стремилось к единице.
При выполнении обоих условий усилитель превращается в источник незатухающих колебаний – генератор (наступает явление самовозбуждения, и усилитель теряет устойчивость).
Специально в усилитель ПОС не вводят, но как паразитная она может возникнуть (через общий источник питания, электро-магнитные поля, паразитные емкости и т.д.).
Питание усилителей по постоянному току
Прямое напряжение на эмиттерный переход (напряжение смещения) может быть подано двумя способами:
Смещение фиксированным током базы
В схеме образуется сквозной ток IКЭО, который очень сильно зависит от температуры – недостаток схемы.
Назначение элементов:
- усилительный элемент;
- источник энергии для получения усиленных колебаний на выходе;
- сопротивление коллекторной нагрузки (на нем выделяется усиленный сигнал);
- гасящее сопротивление (на нем гасится избыточное напряжение источника питания);
- разделительный конденсатор (не пропускает на вход усилителя постоянную составляющую тока);
- разделительный конденсатор (не пропускает на выход усилителя постоянную составляющую тока).
2-й закон Кирхгофа для входной цепи:
(*)
(Индекс «А» означает, что ток и напряжение определены в рабочей точке А, т.е. являются постоянными.)
Т.к. напряжение смещения - прямое напряжение, подаваемое на ЭП (<1В), а напряжение источника питания велико (например, 12В), то чтобы получить малое напряжение смещения, необходимо избыточное напряжение источника питания где-то “погасить”.
В данном случае избыточное напряжение источника питания гасится на резисторе - отсюда и название резистора – “гасящий”.
Т.к. ток базы мал, то чтобы погасить достаточно большое напряжение, гасящий резистор должен быть высокоомным (может достигать Мом).
Почему схема называется “смещение фиксированным током базы”? Рассмотрим выражение (*). Т.к. (мало), а падение напряжения на гасящем сопротивлении велико ( ), то выражение (*) можно переписать:
Анализируем последнее выражение: , т.е. имеет фиксированное значение, отсюда и название схемы.
Смещение фиксированным напряжением
В данной схеме тепловой ток замыкается на корпус через резистор , минуя ЭП транзистора, т.е. сквозной ток (который очень сильно зависит от температуры) не образуется.
Назначение элементов:
- см. предыдущую схему;
- низкоомный резистор, с помощью которого подается прямое напряжение на ЭП транзистора (напряжение смещения );
- гасящее сопротивление (на нем гасится избыточное напряжение источника питания). 2-й закон Кирхгофа для входной цепи:
(**)
- ток делителя
Чтобы , выбирают (***).
Почему схема называется “смещение фиксированным напряжением”?
С учетом неравенства (***) в выражении (**) можно пренебречь током базы ( ), т.е. или
Анализируем последнее выражение: , т.е. имеет фиксированное значение – отсюда и название схемы.
Стабилизация режима работы усилителя
Причины нестабильной работы:
1. Нестабильность напряжения источника питания (ИП).
2. Разброс параметров транзистора (при смене транзистора трудно подобрать два одинаковых по своим параметрам транзистора).
3. Старение элементов.
4. Главная причина – изменение температуры окружающей среды.
Эмиттерная стабилизация
Стабилизирующим элементом в этой схеме является резистор .
Принцип работы:
С ростом температуры все токи транзистора увеличиваются, рабочая точка (РТ) смещается вверх по нагрузочной прямой – режим работы усилителя нарушается.
Но с ростом тока эмиттера растет падение напряжения UЭ на резисторе ( ), что приводит к уменьшению напряжения смещения .
2-й закон Кирхгофа для участка цепи:
сonst
(слабо зависит от температуры)
Уменьшение напряжения смещения сопровождается закрыванием транзистора, в результате чего все токи его уменьшаются, т.е. РТ возвращается в исходное состояние – режим стабилизируется.
В схеме действует ООС по току за счет наличия резистора , который относится и к входной и к выходной цепям одновременно, в результате чего часть мощности выходного сигнала поступает на вход схемы. Причем, через этот резистор протекает как постоянный, так и переменный токи, т.е. действует ООС как по постоянному, так и по переменному токам.
ООС по постоянному току желательна, т.к. за счет нее происходит стабилизация рабочего режима.
ООС по переменному току нежелательна, т.к. происходит потеря на
резисторе переменного (полезного) напряжения, что ведет к уменьшению коэффициента усиления по напряжению .
Для уменьшения ООС по переменному току параллельно подключают конденсатор большой емкости.
Чтобы переменный ток не протекал через , необходимо выполнение условия: . Если это неравенство выполняется, то тогда переменный ток будет протекать через конденсатор , т.е. нежелательные потери полезного сигнала будут минимальны.
Таким образом, роль блокировочного конденсатора - исключить (уменьшить) ООС по переменному току. Другими словами: блокировочный конденсатор обеспечивает нулевой потенциал эмиттера для переменного тока.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|