7. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА БТ.
7.1. Зависимость класса устройства от режима работы.
Электронное устройство с одной и той же схемой в зависимости от режима работы и характера входных сигналов может быть отнесено как к аналоговому, так и к цифровому классу.
Схема на Рис.7.1а, уже известна из Гл.3, как ключ, а из Гл.5 – как инвертор РТЛ.
Рис.7.1. Работа схемы в зависимости от режима на входе.
Независимо от закона изменения входного напряжения источника ES, статическая передаточная характеристика (СПХ) схемы будет иметь вид, показанный на Рис.7.1б.
Опять же, независимо от закона изменения входного напряжения, всегда будут справедливы уравнения, описывающие данную схему. Для входной и выходной цепи эти уравнения представляют собой сочетание обычного закона Ома с особенностями, накладываемыми транзистором
Входная цепь – основное уравнение:
(7.1)
Особенности транзистора:
(7.2)
При любом
(7.3)
Выходная цепь – основное уравнение:
(7.4)
Особенности транзистора – при любом
сочетании
должно соблюдаться
(7.5)
Следствие – при любом значении
должно соблюдаться
(7.6)
Коэффициент передачи:
(7.7)
Справедливо только в пределах активного режима, пока не нарушена правая часть неравенства (7.6)
Характерные точки СПХ:
напряжение на границе "отсечка – активный режим"
напряжение на границе "активный режим – насыщение"
- находится из (7.1), (7.7) при
.
Вывод: Параметры, характеризующие СПХ, определяются только элементами схемы. Никаких особенностей определяющих характер устройства – цифровой или аналоговый – СПХ не содержит.
7.1.1. Цифровой режим работы.
На вход схемы поступают импульсы с параметрами, показанными на Рис.7.2.
(7.8)
(7.9)
Рис.7.2. СПХ и цифровой режим работы (ключ).
Для упрощения импульс принят идеальным,
хотя это совсем не обязательно. Схема
работает в ключевом режиме, представляя
собой стандартный цифровой элемент РТЛ
– инвертор. Цифровой режим работы
определяется только тем, что на вход
подан цифровой сигнал с определенными
параметрами (7.8), (7.9). Значения
определяют запасы помехоустойчивости,
необходимые для нормальной работы
цифрового устройства.
Вывод: При подаче на вход цифрового сигнала с определенными параметрами схема работает, как цифровое устройство.
7.1.2. Аналоговый режим работы.
На вход подается сумма некоторого
постоянного напряжения смещения
и переменного сигнала
- Рис.7.3. Напряжение
устанавливает транзистор в активный
режим с
.
Индекс "П" означает состояние покоя
– активный режим транзистора при
отсутствии входного переменного сигнала.
Рис.7.3. СПХ и аналоговый режим работы (усилитель).
Непосредственно из Рис.7.3 следует, что
на выходе появляется напряжение
с постоянной составляющей
и переменной составляющей
.
Если напряжение
находится
в пределах переходного участка
характеристики, а сам переходной участок
линеен, то будет иметь место линейное
преобразование
(7.10)
где
– коэффициент преобразования (усиления)
по напряжению.
Из Рис.7.3. также очевидно, что максимальный размах сигнал будет иметь при условии
(7.11)
Для того, чтобы линейность преобразования сохранялась необходимо, чтобы на входе были соблюдены следующие условия:
Для постоянной составляющей:
(7.12)
Напряжение уже не является входным сигналом.
Для переменной составляющей.
(7.13)
(7.14)
Вывод: При подаче на вход суммы постоянного и переменного напряжений с определенными параметрами схема работает, как аналоговое устройство – усилитель.
Работа схемы в качестве аналогового устройства предъявляет определенные требования к переходной части характеристики – Рис.7.4.
Рис.7.4. Влияние формы переходной части СПХ на выходной сигнал.
В ключевом режиме поведение схемы на переходном участке не является информативным, поэтому его форма не представляет интереса. На Рис.7.4. приведены две СПХ с различной формой переходного участка. В цифровом режиме – переход между точками А и Б – устройство будет работать практически одинаково. В аналоговом режиме – выдавать различные по форме сигналы.
Общие выводы:
для того, чтобы схема работала в аналоговом режиме усилителя транзистор должен все время находиться в активном режиме,
активный режим создается некоторым постоянным входным напряжением (смещением), которое для усилителя уже не является входным сигналом,
переменного входное напряжение (сигнал) должно складываться с напряжением смещения,
для нормальной работы схемы, как аналогового устройства усилителя, входное напряжение не должно выходить за пределы переходного участка СПХ,
для нормальной работы схемы, как усилителя, входное напряжение не должно выходить за пределы линейной части переходного участка СПХ.