Передаточная характеристика биполярного транзистора ( в схеме с ОЭ)

Передаточная характеристика схемы с общим эмиттером показана на

рис. 21.9. Режимам отсечки, активному и насыщения соответствуют участки

АВ, ВС и CD передаточной характеристики.

Таким образом, схема с общим эмиттером может работать в качестве

инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления

Ku= dUвых/dU вх = - Rк/ Rбβ

(активный режим работы транзистора) или электронного ключа (режимы насыщения и отсечки).

Вопрос

Каково назначение элементов в усилители с ОЭ?

Назначение элементов каскада. Резисторы R₁ и R₂ задают потенциал базы в режиме покоя каскада (в отсутствие сигнала) и, следовательно, участвуют в задании положения точки покоя на линии нагрузки.

Резистор R₃ задает совместно с источником питания положение линии нагрузки, служит для выделения выходного сигнала и одновременно определяет коэффициент усиления каскада.

Резистор R₄ в цепи эмиттера предназначен для термостабилизации режима работы каскада. При повышении температуры транзистора увеличивается ток покоя коллектора за счет возрастания числа неосновных носителей заряда в полупроводнике. Это вызывает смещение точки покоя на линии нагрузки, что может вызвать нарушение нормальной работы усилительного каскада. Термостабилизация происходит следующим образом. Например, при увеличении температуры увеличивается ток покоя коллектора I_К0. Это ведет к увеличению напряжения на резисторе R₄ (U_R4=R₄I_К0). Поскольку сопротивления R₁ и R₂ практически не зависят от температуры, постоянное напряжение между базой и корпусом U_{Б КОРП} при изменении температуры не изменится. Тогда, согласно уравнению, записанному по 2-му закону Кирхгофа для контура R₂, U_БЭ, R₄, напряжение база-эмиттер U_БЭ уменьшится

,

что приведет к уменьшению тока покоя коллектора. Уменьшение тока покоя коллектора за счет действия резистора R₄ не может полностью скомпенсировать его рост за счет повышения температуры, но влияние температуры на ток I_К0 при этом во много раз снижается.

Кроме обеспечения термостабилизации, резистор R₄ участвует совместно с базовым делителем, состоящим из сопротивлений R₁ и R₂, в создании начального смещения U_БЭ между базой и эмиттером

,

где I_Э0 – ток покоя эмиттера.

Применение резистора R₄ для термостабилизации ведет к уменьшению коэффициента усиления каскада из-за возникающей при этом отрицательной обратной связи. Для ослабления этой обратной связи параллельно резистору R₄ включают конденсатор С₃. Емкость конденсатора С₃ выбирают такой, чтобы даже на самой нижней частоте полосы пропускания каскада его сопротивление было много меньше сопротивления R₄.

Конденсатор С₁ разделяет по постоянному току источник сигнала и усилительный каскад.

Конденсатор С₂ разделяет по постоянному току усилительный каскад и нагрузку.

Транзистор обеспечивает усиление сигнала.

Источник питания Е_П обеспечивает энергию усиления сигнала.

Вопрос

Принцип действия усилителя с ОЭ?

Усилительный каскад с общим эмиттером (рис. 1.14) является одним из самых распостранённых и применяется в каскадах предварительного усиления многокаскадных усилителях.

Название схемы «с общим эммитером» означает, что вывод эмиттера является общим для входной и выходной цепи. В этом случае вывод эмиттера называется общим (обозначается знаком «?», также используется термин «земля»), а все потенциалы измеряются относительно него.

Усилительный каскад с общим эмиттером работает следующим

образом:

1. При увеличении входного напряжения (UВХ ↑) ширина p − n перехода между коллектором и базой уменьшается, в результате

возрастает ток в цепи эмиттера (IЭ ↑,, а выходное сопротивление транзистора (между коллектором и эмиттером) уменьшается (RВыхТр ↓), а следовательно уменьшается и падение напряжения на выходе транзистора (IЭRВыхТр = UВых ↓).

2. При уменьшении входного напряжения (UВХ ↓) ширина p−n перехода между коллектором и базой увеличивается, в результате чего ток в цепи эмиттера уменьшается (IЭ ↓,, а выходное сопротивление транзистора (между коллектором и эмиттером) увеличивается (RВыхТр ↑), следовательно увеличивается и падение напряжения на выходе транзистора (IЭRВыхТр = UВых ↑).

Таким образом, усилительный каскад с общим эмиттером сдвигает фазу выходного сигнала, относительно входного, на 180⁰.

Вопрос

Амплитудная характеристика усилителя.

Амплитудная характеристика усилителя представляет собой зависимость установившегося значения выходного напряжения от входного. В рабочей области входных напряжений она обычно прямолинейна, а при входных напряжениях, превышающих расчетные, искривляется из-за перегрузки усилительных элементов.

Участки амплитудной характеристики.

Начальный и линейный. Начальный участок характеристик линеен. С увеличением входной мощности наступает насыщение, вызванное смещением сгустка в область нулевого поля волны вследствие торможения электронов при взаимодействии с волной. Коэффициент усиления ЛБВ имеет наибольшее значение Па линейном участке характеристики, а электронный КПД — в максимуме амплитудной характеристики.

Без искажения усилитель работает на линейном участке.

Как выбирали рабочее значение входного напряжения?это спросить на лабе.

Вопрос

Как определить коэффициент усилителя по напряжению?

Какие реальные значения коэффициента получились у вас в опыте? На это каждый свое значение напишет после выполнения лабы.

Вопрос

чем объясняется искажение формы uвых при большом входном напряжении? При каких значениях входного напряжения, по вашим данным, усилитель работает без искажения, и при каких значениях появляются нелинейные искажения?

При достижении значения uвх, соответствубщего точке3 пропорциональность между uвых и uвх нарушается. Амплитудная характеристика позволяет оценить диапазон изменения входных напряжений, усиливаемых без искажений. Работа каскада без искажения выходного сигнала достигается за счет обеспечения соответсвующей величины входного сигнала uвхmin меньше uвх и меньше uвхmax и правильно выбора режима покоя, соответствующего точке 2.

Вопрос

стр. 141 из методички

Вопрос

Коэффициент усиления по напряжению многокаскадного усилителя.

Показатели каскада, а именно коэффициент усиления по напряжению, определяется при расчете усилителя по переменному току.

Коэффициент усиления по напряжению - отношение напряжения, получаемого на выходе усилителя, к напряжению, подведенному к его входу.

Ku = Uвых/Uвх

Это один из основных показателей, характеризующих работу усилителя напряжения.

Коэффициент усиления Ku тем выше, чем выше β транзистора и в схеме ОЭ составляет 20 ÷100

Вопрос

Температурная стабилизация в усилителе с ОЭ. Назначение резистора и конденсатора

Существенный недостаток биполярного транзистора-зависимость параметров от температуры. При повышении Т возрастает Iкв, изменяются коллекторные характеристики, что вызывает смещение рабочей точки за пределы линейного участка переходной характеристик и приводит к нелинейным искажениям.

Для уменьшения влияния Т в цепь эммитреа включают Rэ

При введении Rэ Uбэ=Uб-RэIэ

При ↑Т ↑Iк(Iэ) ↓ Uбэ, что приводит к ↓ Iб и Iк, т.е к частичной стабилизации режима транзистора. Но падение напряжение на Rэ на переменном токе снижает Кu, что нежелательно.

Конденсатор С3. Этот конденсатор служит для повышения коэффициента усиления каскада на переменном токе. Он устраняет отрицательную обратную связь каскада. Емкость этого конденсатора зависит от рабочей частоты усилителя. Для усилителя звуковых частот емкость конденсатора может колебаться от 5 до 50 микрофарад, для диапазона радиочастот - от 0,01 до 0,1 микрофарады (но его в некоторых случаях может и не быть).

Вопрос

Конденсатор С₃ устраняет последовательную по входу и по выходу отрицательную обратную связь по переменному току, что увеличивает коэффициент усиления по напряжению. При отключении конденсатора обратная связь увеличивается по переменному току и уменьшает коэффициент усиления.

Вопрос

Конденсатор в цепочке термостабилизации Повышает коэффициент усиления по напряжению. Так же он предотвращает возможность выхода из строя усилителя, не пропуская постоянного составляющего тока.

Вопрос

Амплитудно-частотная характеристика (рис. 13.2) — это зависимость модуля коэффициента усиления по напряжению от частоты при Uвх = const.

1.меняя частоту входного сигнала в достаточно большом диапазоне (примерно 100 Гц...100 МГц), зафиксировать среднюю частоту, на которой выходной сигнал имеет максимальную величину. Измерить эту величину Uвыхмакс при выбранных Uвхо и Rн. Изменяя частоту сигнала, определить нижнюю и верхнюю частоты, на которых выходное напряжение уменьшается до 0,707*Uвыхмакс .

2. Отключить конденсатор СЗ и повторить п. 1.

3. Построить зависимость Ки от частоты для п. 1 и п. 2. Определить по АЧХ максимально значение Кио.

Найти Кио/корень из 2 . Провести на АЧХ горизонтальную линию, координата которой равна Кио/корень из 2 . По пересечению этой линии с АЧХ определить нижнюю и верхнюю граничные частоты, соответствующие допустимым значениям коэффициента частотных искажений, а также полосу пропускания усилителя.

Вопрос

Провести на АЧХ горизонтальную линию, координата которой равна Кио/корень из 2 . По пересечению этой линии с АЧХ определяем нижнюю и верхнюю граничные частоты, также полосу пропускания усилителя.

Вопрос

Конденсаторы С1 и С2 называют разделительными. Конденсатор С1 не пропускает постоянную составляющую тока усилителя в источник усиливаемого переменного сигнала, что могло бы привести к выходу его из строя. Конденсатор С2 предохраняет нагрузку от попадания в нее постоянного сигнала.

Для уменьшения влияния температуры на работу усилительного каскада в цепь эмиттера включают резистор Rэ, шунтированный конденсатором СЗ. Величину конденсатора выбирают такой, чтобы его емкостное сопротивление было существенно меньше R3. При отключении конденсатора снижается коэффициент усиления по напряжению.

Вопрос

какими элементами схемы обеспечивается режим покоя каскада.

Назначение элементов каскада. Резисторы R₁ и R₂ задают потенциал базы в режиме покоя каскада (в отсутствие сигнала) и, следовательно, участвуют в задании положения точки покоя на линии нагрузки.

Резистор R₃ задает, совместно с источником питания, положение линии нагрузки, служит для выделения выходного сигнала и одновременно определяет коэффициент усиления каскада. Например, на средних частотах

Резистор R₄ в цепи эмиттера предназначен для термостабилизации режима работы каскада. При повышении температуры транзистора увеличивается ток коллектора за счет возрастания числа неосновных носителей заряда в полупроводнике. Это вызывает смещение точки покоя на линии нагрузки, что может вызвать нарушение нормальной работы усилительного каскада.

Режим работы полевого транзистора в режиме покоя обеспечивается постоянным током стока Iсп и соответствующим ему напряжением сток-исток Uсип. Этот режим обеспечивается напряжением смещения на затворе полевого транзистора Uзип.

Вопрос

Обратной связью называют связь между электрическими цепями, при которой часть энергии выходного сигнала передаётся на вход, т.е. из цепи с более высоком уровнем сигнала в цепи с более низким его уровнем. Обратная связь значительно влияет на свойства и характеристики усилителя, поэтому её часто вводят в усилитель (схему устройства) для изменения его свойств в нужном направление. Такая обратная связь называется внешней. Обратная связь может возникнуть и самопроизвольно, например, из-за физических особенностей усилительного элемента. Такая обратная связь называется внутренней обратной связью.

Отрицательная обратная связь (ООС) — тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое противодействует первоначальному изменению. Отрицательная обратная связь — это такое влияние выхода системы на вход («обратное»), которое уменьшает действие входного сигнала на систему. Отрицательная обратная связь делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров.

Положительная Обратная Связь (ПОС). Под ПОС понимают такую обратную связь, при которой изменение выходного сигнала передается на вход регулируемого объекта таким образом, чтобы усилить (увеличить) это изменение. Т.е. положительная обратная связь "разгоняет" изменение выходного параметра

Вопрос