1.

1. Навести та пояснити еквівалентну схему елементарного підсилювача на біполярному транзисторі.

2. Розрахуйте величину синфазного сигналу, якщо на входах диференційного посилювача діє:

U₁ = 1,03 В, U₂ = 1,01 В.

1. Розглянемо схему елементарного підсилювача на БПТ зі СЕ де зсув задається подільником напруги. Аналіз підсилювача проведемо в області середніх частот (СЧ) і при малих змінах сигналів на лінійних ділянках характеристик. Приймемо наступні припущення: вважаємо роздільні ємності C_Р1, C_Р2 нескінченно великими, ємність колектора С^*_К рівною нулю, опори навантаження R_Н і джерела сигналу R_С активними, а коефіцієнт передачі  дійсною величиною. Таким чином, у досліджуваній області схема лінійна і відсутні динамічні спотворення.

Повну еквівалентну схему транзистора зі СЕ (рис 1-11, а) спростимо, нехтуючи генератором зворотного зв’язку U_K, що допустимо при виконанні нерівності U_K  U_БЕ. (Замінимо U_K на U_ВИХ і U_БЕ на U_ВХ і представимо цю нерівність у вигляді: К_U  1 або К_U  1.Типово для БПТ в схемі зі СЕ  < 10^-3; отже, зворотний зв’язок за напругою малий (ним знехтуємо) при К_U < 100, тобто в більшості реальних каскадів).

а) б)

Рис. 1. Елементарний підсилювач: фізична еквівалентна схема БПТ з СЕ – а; спрощена фізична еквівалентна схема підсилювача зі СЕ – б

З врахуванням прийнятих спрощень еквівалентна схема підсилювача матиме вигляд, як показано на рис. 1-11, б. Тут у вхідному колі увімкнено джерело сигналу з ЕРС Е_С і внутрішнім опором R_С, а еквівалентний опір подільника R₁||R₂ показаний пунктиром. У вихідному колі увімкнено «внутрішнє» навантаження – опір R_К і зовнішнє навантаження – опір R_Н. У схемі відсутній опір колектора r^*_K (буде враховано при повному аналізі). Розглянемо спочатку схему без урахування опору дільника R₁||R₂ (показану суцільними лініями).

2. Розв’язання:

U_СФ = (U₁ + U₂)2 = (1,03 + 1,01)2 = 1,02 В.

Відповідь: U_СФ = 1,02 В

2

1. Навести та пояснити схему зсуву фіксованою напругою база-емітер для елементарного підсилювача на біполярному транзисторі, проаналізувати аналітичні залежності для вибору опорів.

2. На рисунку зображена схема підсилювача на ОП, який інвертує.

Визначте чутливість по напрузі К_U (по наближених формулах), якщо:

R₁ = 1 кОм, R_ЗЗ = 1 МОм.

Результат обчислити з точністю до 0,0.

1. Вивід бази приєднується до подільника напруги живлення U_Ж (рис. 1, а), виконаному на опорах R₁ и R₂.

а) б)

Рис. 1 Зсув фіксованим потенціалом бази: схема зсуву – а, повна схема – б

Подільник розраховується так, щоб напруга U₂ на опорі R₂ дорівнювала U_БЕп. Навантаженням подільника є опір R_ВХ (де R_ВХ = r_Е – вхідний опір БПТ зі СЕ), у який відгалуджується струм бази I_Бп. Для зменшення впливу I_Б на U₂ необхідно, щоб струм подільника I_Д  I_Бп, тоді I_Бп можна знехтувати. Проте для збільшення I_Д необхідно зменшувати R₂ і R₁, що призведе до збільшення потужності, яка виділяється на них, і зменшення вхідного опору всього підсилювача, оскільки R₂ і R₁ шунтують вхідний опір транзистора.

Розрахунок ведеться за формулами:

U₁ + U₂ = U_Ж;

I_Д = U_Ж(R₁ + R₂||R_ВХ) = I_R2 + I_Бп;

U₂ = (I_Д – I_Бп)R₂,

де I_Д — струм подільника, що протікає через резистор R₁ і паралельні R₂ і R_ВХ.

На практиці струм подільника для малопотужних транзисторів визначають згідно умови:

I_Д  (5…10) I_Бп

і для потужних

I_Д  (1...5) I_Бп.

Бажано також, аби струм подільника не перевищував 10...15% струму колектора, тобто,

I_Д  (0,1...0,15) I_Кп.

2. Розв’язання:

К_U = –R_ЗЗR₁ = 110⁶110³ = –1000,0.

Відповідь: К_U = –1000,0.

3.

1. Пояснити призначення роздільних конденсаторів в схемі елементарного підсилювача на біполярному транзисторі

2. На рисунку зображена схема підсилювача на оп, який інвертує.

Визначте чутливість по напрузі К_U (по наближених формулах).

1. При роботі підсилювач взаємодіє з джерелом сигналу на вході і зовнішнім навантаженням на виході (рис. 1).

Заземлене зовнішнє навантаження R_Н, що приєднується до виходу підсилювача (колектора) є типовою схемою, тоді як використання у якості корисного навантаження, колекторного резистора R_K вживається обмежено. При підключенні до підсилювача заземленого навантаження R_Н і заземленого джерела сигналу необхідно вирішувати специфічну задачу – не допустити дії напруги зсуву u_Бп на джерело сигналу і напруги колектора u_Кп на навантаження. Простим вирішенням є використання роздільних (перехідних) конденсаторів C_Р.

Рис. 1. Підсилювач з роздільними конденсаторами

Конденсатор C_Р1 відокремлює джерело сигналу від входу каскаду за постійним струмом і сполучає їх за змінною складовою сигналу. Конденсатор C_Р2 виконує аналогічну функцію для виходу підсилювача і навантаження.

Ємності роздільних конденсаторів впливають на роботу підсилювача в області низьких частот. Вхідне коло утворює подільник C_Р1, r_ВХ, що відповідає фільтру високих частот. Посилення постійної складової сигналу і навколишніх низьких частот його спектру стає неможливим.

Вихідне коло утворює подільник C_Р2, r_Н, який також є фільтром високих частот.

2. Розв’язання:

К_U = –RR = –1.

Відповідь: К_U = –1

4.

1. Пояснити роботу елементарногопідсилювача у режимі класу А, визначити коефіціент корисної дії

2. Динамічні властивості підсилювача еквівалентні простому RC – фільтру нижніх частот, де R = 100 Ом, С = 10 мкФ. Визначити частоту зрізу f₀ (на рівні 3 дБ).

1. Приналежність режиму підсилювача до класу А визначається вибором робочої точки спокою. На рис. 1 (праворуч) показана часова залежність колекторного струму I_К транзистора, що працює в класі А. Робоча точка спокою обирається посередині прямої навантаження. Вхідний синусоїдальний сигнал повністю передається на вихід і зі збільшенням амплітуди обмеження з’являються симетрично.

Рис. 1. Зміна колекторного струму при роботі в класі А

Основним недоліком підсилювачів потужності класу А є розсіювання (споживання) потужності за відсутності сигналу.

Коефіцієнтом корисної дії підсилювача називають відношення потужності змінного струму на виході підсилювача Р_ до потужності Р₌, що поступає від джерела постійного струму в колекторне коло:

 = Р_Р₌.

Робоча точка спокою А знаходиться на середині лінії навантаження KL. Лінією навантаження є пряма, нахил якої відповідає опору навантаження, який перераховано в колекторне коло (динамічна пряма навантаження). Потужність Р₌, що віддає джерело живлення, дорівнює площі заштрихованого прямокутника:

Р₌ = I_KU_Ж.

Потужність змінного струму Р_а дорівнює площі заштрихованого трикутника К'К"А або площі трикутника ALL (максимальна у момент амплітуди!):

Р_а = 0,5 I_{а K}U_{а K}

де I_аK і U_аK – значення амплітуд.

Таким чином, ккд підсилювача досягає максимуму у момент амплітуди і рівний

 = Р_Р₌ = 0,5

де

 = I_{а K}I_Kп

називається коефіцієнтом використання колекторного струму, а

 = U_аKU_Ж

— коефіцієнтом використання колекторної напруги.

Коли сигнал досить великий, то I_{а K}  I_Kп і U_{а K}  0,5 U_Ж,

тоді   1,   1.

Звідси витікає, що гранично можливий ккд транзистора в класі А:

_max = 0,5 = 50%.