Вставить рис. Схему!

Рис. 3.3 Составной p-n-p n-p-n транзистор

Коэффициент усиления по току такого составного транзистора в активном режиме так же приблизительно равен произведению коэффициентов усиления первого и второго транзисторов.

На практике чаще применяются составные транзисторы на паре Дарлингтона из-за возможности получения лучших частотных характеристик.

Лекция №4

Волк ночью, думая залезть в овчарню,

Попал на псарню.

И. Крылов «Волк на псарне»

Режимы работы усилительных каскадов (УК).

Вначале вспомним, что означает термин «рабочая точка». Определим «рабочую точку» как совокупность характеристик принципиальной электрической схемы, которыми являются токи, протекающие через компоненты схемы и напряжения между их выводами (либо потенциалы в узлах схемы) в статическом режиме работы. При этом предполагается, что сигналы на входах схемы отсутствуют.

В АИС положение «рабочей точки» определяется, прежде всего, требованиями к «рабочей точке» активных компонентов. Эти требования формируются на основе требований технического задания (ТЗ). Положение «рабочей точки» транзистора определяет так называемый «класс усиления», или, другими словами, режим усиления класса …..

Различают режимы усиления класса A, AB, B, C, D.

Положение «рабочей точки» для различных классов усиления можно продемонстрировать на примере передаточной характеристики инвертора (рис. 2.1), или ВАХ биполярного транзистора (рис. 3.1).

(Приложение 3.1).

I_K

С В АВ A

C B U_БЭ

Рис 3.1. ВАХ биполярного транзистора

• В режиме усиления класса A рабочая точка находится вблизи середины линейного участка вольт-амперной характеристики транзистора, поэтому нелинейные искажения сигнала минимальны. В отсутствие сигнала через транзистор протекает значительный ток покоя, в течение рабочего периода транзистор никогда не закрываются. Потребляемая мощность постоянна, а мощность рассеяния максимальна при малых сигналах. Термостабильность в этом режиме наихудшая.

• В режиме усиления класса B рабочая точка транзистора смещена до критического значения коллекторного тока (начало режима отсечки). В отсутствие сигнала транзистор закрыт, ток покоя не протекает. При подаче на вход гармонического сигнала усиливается только одна полуволна.Потребляемая мощность пропорциональна выходной, а мощность рассеяния приблизительно постоянна (максимально 22% от выходной). Термостабильность исключительно высокая. Самый главный недостаток режима - значительные нелинейные искажения за счёт сильной нелинейности ВАХ на начальном участке («пятка»).

• Режим AB - попытка примирить волков и овец. Рабочая точка выбрана в начале линейного участка вольт-амперной характеристики транзистора, поэтому при малых сигналах каскад работает фактически работает в режиме A, а в режим B переходит при достаточно сильном возбуждении. В отсутствие сигнала через каскад протекает некоторый ток покоя, иногда весьма значительный. КПД при этом снижается и появляется проблема стабилизации тока покоя. Термостабильность - удовлетворительная.

• В режиме усиления класса С рабочая точка смещена в область отсечки. При этом …………..?

• Класс D……………….?

Входной синусоидальный сигнал в схемах этих классов преобразуется следующим образом:

U_вх

A

B

C

T

Рис 3.2. Выходной сигнал в режимах А, В, С.

Изменить рисунки, дополнить Выводы:

Лекция №5

Всё опыт, опыт! Опыт это вздор.

Значенья духа опыт не покроет.

Всё, что узнать успели до сих пор,

Искать не стоило и знать не стоит.

И. В. Гёте «Фауст»

Элементарные усилительные каскады

К числу базовых компонентов АИС, построенных на пассивных и активных элементах относятся элементарные усилительные каскады. Базовые каскады осуществляют усиление мощности при одновременном усилении напряжения или тока, а также напряжения и тока. В соответствии с этим являются данные каскады разбивают на следующие группы:

• усилители, обеспечивающие усиление напряжения и тока

• повторители напряжения, усиливающие ток

• повторители тока, усиливающие напряжение

• каскоды.

Наиболее распространёнными усилительными каскадами в аналоговых ИС являются схемы с общим эмиттером на биполярных транзисторах и схемы с общим истоком на нормально закрытых полевых транзисторах.

На рис. 5.1 показана обобщенная схема элементарного усилительного каскада.

Рис. 5.1 Обобщенная схема элементарного усилительного каскада.

Здесь U- генератор (источник) входного сигнала

R – внутреннее сопротивление генератора

Z –нагрузка, в общем случае комплексная

E – источник питания

Схема может работать от одного или двух источников питания (одно или двуполярное питание)

Принципиальная электрическая схема усилительного каскада с общим эмиттером (ОЭ) на биполярном транзисторе и однополярном источнике питания приведена на рис. 5.2

Рис. 5.2 Принципиальная электрическая схема усилительного каскада с общим эмиттером на биполярном транзисторе и однополярном источнике питания.

В области сравнительно низких частот (НЧ), где не сказывается влияние паразитных ёмкостей транзисторов, малосигнальная схемная электрическая модель транзистора может быть представлена упрощённой моделью (Гуммеля-Пунна, Эберса-Молла) рис. 5.3 (см. Приложение №3.1)

Рис. 5.3 Малосигнальная модель биполярного транзистора

Эквивалентная схема для постоянных составляющих в случае двуполярного источника питания приведена на рис. 5.4

Рис. 5.4 Эквивалентная схема для постоянных составляющих в случае двуполярного источника питания

Малосигнальная эквивалентная схема каскада, собранного по схеме ОЭ представлена на рис. 5.5

Рис. 5.5 Малосигнальная эквивалентная схема каскада, собранного по схеме ОЭ

Поставим задачу определить основные характеристики этого каскада применительно к предложенной эквивалентной схеме. Воспользовавшись известными законами Кирхгофа и Ома получим приближённые формулы для характерных параметров усилительных каскадов, а именно, коэффициента усиления по напряжению, входного сопротивления, выходного сопротивления каскада.

Повторители напряжения и тока можно рассматривать как каскады, собранные по схеме ОК, ОБ, либо, как каскады, собранные по схеме ОЭ, но охваченные глубокой (стопроцентной) отрицательной обратной связью.

Лекция №6

Мартышка в Зеркале увидя образ свой,

Тихохонько Медведя толк ногой.

«Смотри-ка, - говорит, - кум милый мой!

Что это там за рожа?

Какие у неё ужимки и прыжки!

Я удавилась бы с тоски,

Когда бы на неё хоть чуть была похожа.

……….»

И. Крылов «Зеркало и обезьяна»

Условием поддержания процессов в любых системах является наличие обратных связей (ОС) между элементами систем, позволяющих регулировать отклики на внешние и внутренние воздействия (сигналы). Не является исключением и такой вид объектов, как аналоговые ИС. Более того, спецификой схемотехники АИС, как было отмечено ранее, является введение большого числа компонентов, обеспечивающих обратные связи, с целью улучшения эксплуатационных и точностных характеристик. Такие обратные связи только приветствуются.

Однако, в реальных АИС в силу известных причин возникают паразитные элементы, которые зачастую создают паразитные ОС приводящие к нежелательным последствиям. Примером может служить наличие паразитных ёмкостей переходов транзисторов. В частности, сток-затворная ёмкость в усилительном каскаде (схема включения ОИ) приводит к эффекту Миллера.

Механизм возникновения этого эффекта будет рассмотрен позже.

Напомним (себе напомним) также, что по характеру воздействия ОС подразделяют на положительные и отрицательные. Отрицательные связи улучшают работу схем!

Если устройство, между выходом и входом которого имеется элемент ОС, представить четырёхполюсником и сам элемент ОС также представить четырёхполюсником, то возможны четыре варианта их соединения:

• Последовательные по входу – последовательные по выходу

• Параллельные по входу – последовательные по выходу

• Последовательные по входу – параллельные по выходу

• Параллельные по входу – параллельные по выходу

Последовательные ОС называют также связями по току, а параллельные – связями по напряжению.

Очевидно, что последовательное соединение двух четырёхполюсников ведёт к росту суммарного сопротивления схемы с ОС;

Параллельное соединение – к уменьшению суммарного сопротивления схемы с ОС.

В ОС используются либо пассивные элементы, либо активные компоненты. Пассивные резисторы позволяют получить, например, требуемые коэффициенты усиления, входные и выходные сопротивления усилительных каскадов. Пассивные конденсаторы могут служить для коррекции частотных характеристик. Активные компоненты также могут выполнять подобные функции, зачастую более эффективно (реализуется принцип схемотехнической избыточности).