- •Им. Адмирала ф.Ф. Ушакова в.В.Пятницкий. В.М.Комиссаров схемотехника усилительных устройств
- •Часть 1
- •Сборник опорных конспектов лекций по разделу №1 дисциплины «основы схемотехники»
- •Лекция №1 общие сведения об усилителях электрических сигналов
- •Предмет, цели и задачи дисциплины «Основы схемотехники». Ее роль и место в системе подготовки офицера-специалиста вмф
- •Раздел 1. Схемотехника усилительных устройств.
- •Раздел 2. Схемотехника устройств, используемых в средствах связи.
- •Вопрос №2 Типы усилителей электрических сигналов и их классификация
- •Вопрос №3 Блок-схемы усилителей
- •Заключение
- •Лекция № 2 основные характеристики и параметры усилителей электрических сигналов
- •Основные характеристики усилителей электрических сигналов
- •Вопрос №2 Искажения сигналов в усилителях электрических сигналов
- •Заключение
- •Лекция №3 Резистивно-емкостной усилитель
- •Вопрос №1
- •Принцип построения усилителя. Состав и назначение элементов схемы
- •Вопрос №2 Температурная стабилизация исходного режима работы усилителя
- •Коллекторная стабилизация
- •Вопрос №1 Эквивалентная схема резистивно-емкостного усилителя (реу)
- •В схеме 4.2 обозначено:
- •На нижних частотах на нижних и средних частотах
- •Вопрос №2 Характеристики и параметры реу в режиме усиления малого сигнала. Линейный режим усиления
- •Заключение
- •Лекция №5 обратная связь в усилителях
- •Вопрос №1 Виды обратной связи в усилителях
- •Uвх uвых Вход Выход
- •Вопрос №2 Влияние отрицательной обратной связи на свойства усилителей
- •Входное сопротивление
- •Частотные и фазовые искажения сигнала
- •Заключение
- •Лекция №6 резонансные усилители
- •Вопрос №1 Принципиальная схема резонансного усилителя (ру). Состав и назначение элементов схемы
- •Тогда избирательность δ будет . (6.11)
- •Это объясняется тем, что в формуле (6.8) пропадает последний множитель , так как при выводе этих формул следует брать не отношение напряжений, а отношение токов.
- •Вопрос №2 Линейный и нелинейный режим работы ру
- •Режим класса а
- •Заключение
- •Лекция №7 эквивалентная схема резонансного усилителя
- •Вопрос №1
- •Вопрос №2 Характеристики и параметры ру
- •Заключение
- •Лекция №8 усилители постоянного тока и дифференциальный усилительный каскад
- •Вопрос №1 Общие сведения об упт. Однотактные (прямого усиления) упт
- •Вопрос №2 Балансный (дифференциальный) усилительный каскад
- •Вопрос №3 Дифференциальный усилительный каскад (дук) с генератором стабильного тока (гст)
- •Вопрос №1 Синфазные и дифференциальные сигналы, проходящие через дук
- •При прохождении дифференциального сигнала (дс) токи каждого из транзисторов получат одинаковые по абсолютной величине, но разные по знаку, приращения
- •Вопрос №2 Основные характеристики дук
- •Вопрос №3 Функциональные возможности дук
- •Дук на транзисторах с супербетой
- •Заключение
- •Лекция №10 аналоговые преобразователи электрических сигналов на базе операционных усилителей с линейными элементами в цепях ос
- •Вопрос №1 Общие сведения об оу
- •Вопрос №2 Основные способы включения оу в схемы с оос. Масштабные усилители на оу
- •Вопрос №3 Интегрирующие и дифференцирующие усилители Интегрирующие усилители
- •Лекция №11 операционные усилители с нелинейными элементами в цепях ос
- •Вопрос №1 Логарифмические усилители
- •Вопрос №2 Умножители и делители аналоговых сигналов. Компараторы
- •М етод логарифмирования сигналов
- •Компараторы
- •Заключение
- •Лекция №12 активные резистивно-емкостные фильтры (аrc-фильтры)
- •Вопрос №1 Особенности избирательных усилителей и их характеристики
- •Вопрос №2 Реализация аrс-фильтров на усилителях с пос
- •Вопрос №3 Реализация аrс-фильтров на усилителях с оос
- •Заключение
- •Лекция №13
- •Вопрос №1
- •Вопрос №2 Схемы реализации rc-генераторов
- •Заключение
- •Лекция №14 схемотехника аналого-цифровых устройств
- •Вопрос №1 Аналого-цифровые устройства
- •Квантование сигналов
- •Кодирование дискретной величины
- •Вопрос №2 Цифроаналоговые устройства
- •Заключение
- •Список использованной литературы
- •Список сокращений
Вопрос №2 Температурная стабилизация исходного режима работы усилителя
Одним из требований, предъявляемых к усилителю, является усиление сигнала с минимальным или допустимым уровнем нелинейных искажений. Для этого на электроды УЭ должны быть поданы напряжения соответствующей величины и полярности.
Как отмечалось выше, одним из недостатков транзисторов является сильная зависимость их параметров от температуры.
Такая зависимость может привести к значительным изменениям основных характеристик усилителя: увеличению нелинейных искажений сигнала, изменению коэффициента усиления, превышению допустимой мощности рассеивания и выходу транзистора из строя. Поэтому стабилизация рабочей точки транзистора значительно важнее стабилизации рабочей точки электронной лампы.
Особенно сильно изменяется обратный ток коллектора I0К. Изменение этого тока вызывает резкое изменение тока коллектора при заданном токе (напряжении) базы.
В схеме с ОЭ коллекторный ток IК определяется выражением
Iк = β0 ∙ Iб + (β0+1) ∙ I0К , (3.13)
где I0К – неуправляемый (обратный) ток запертого коллекторного перехода,
Iб – ток базы,
β0 – коэффициент передачи постоянного тока в схеме с ОЭ.
При увеличении температуры возрастает и обратный ток коллектора I0К и вносит из области коллектора в область базы электроны. В результате, в базе накапливаются отрицательные заряды и разность потенциалов на участке «база-эмиттер» увеличивается. Это приводит к увеличению коллекторного и эмиттерного токов. Возрастание тока IК оказывается в (β0 +1) раз больше, чем увеличение тока I0К. Поэтому температурные свойства транзисторов оцениваются, прежде всего, по величине обратного тока I0К. Так в германиевых транзисторах ток I0К увеличивается примерно в 2 раза при повышении температуры на каждые 110С. В кремниевых транзисторах этот ток возрастает еще быстрее, но его влияние сказывается меньше из-за очень малой начальной величины.
Изменение обратного тока I0К, а вследствие этого и изменение тока коллектора IК, проявляется в перемещении выходных статических характеристик IК = f (UK) в сторону изменения коллекторного тока. При повышении температуры начальный ток коллектора резко возрастает по экспоненциальному закону и одновременно семейство характеристик смещается вверх.
На рисунке 3.4 представлено семейство выходных характеристик при двух значениях температуры. Перемещение характеристик при изменениях температуры приводит к нестабильности рабочей точки, которая начнет перемещаться по нагрузочной прямой для постоянного тока (точки А1 и А2).
С повышением температуры рабочая точка перемещается вверх по нагрузочной прямой (А2), с уменьшением – вниз (А1).
Перемещение рабочей точки под влиянием роста температуры может быть настолько велико, что она выйдет за пределы рабочей области характеристик. Это вызовет не только увеличение уровня нелинейных искажений (КГ ≠ 0 – коэффициент гармоник), но и резкое изменение исходного тока коллектора IК.
IK IK IK
КГ ≠0
IK2 t
А2
A1 KГ =0 t
IK1
0
UK1 UK2 EK UK
Рис. 3.4. Влияние температуры на местоположение рабочей точки
При чрезмерном увеличении тока коллектора и недостаточном теплоотводе это может привести к физическому разрушению транзистора. В целом, температурная нестабильность может вызывать:
– снижение КПД,
– перегрев транзистора,
– падение коэффициента усиления,
– рост нелинейных искажений.
Для температурной стабильности рабочей точки необходимо применять схемные решения, с помощью которых происходило бы автоматическое выравнивание рабочего режима независимо от индивидуальных параметров транзистора. Для этого применяются внутрикаскадные, междукаскадные и комбинированные отрицательные обратные связи (ООС). Стабилизация может быть коллекторной, эмиттерной и комбинированной.