Равные по величине отрицательное и положительное приращения U БЭ вызывают неравные приращения тока I Б, а, следовательно, и выходного тока I К
Каскады на биполярных транзисторах Каскады на полевых транзисторах Дифференциальный каскад
, образуют делитель для фиксации рабочей точки p : где I д = E К /( + ), I д = 2….5 I Б p. C p1, C p2 - разделительные конденсаторы.
Статический режим : для рабочей точки p по входной характеристике определяем ток I Б р. Строим нагрузочную прямую
Находим (строим, если нет точной) выходную характеристику для тока I Б р. На пересечении нагрузочной прямой и выходной характеристики находим режим рабочей точки – U КЭ р и I К р. Динамический режим : на оси U БЭ относительно U БЭ р рабочей точки отмечаем точки, соответствующие амплитудным значениям синусоидального входного сигнала U БЭ р + U вх max и U БЭ р - U вх max По входной характеристике находим амплитудные значения тока I Б р + I Б max и I Б р – I Б max Находим (строим) выходные характеристики для I Б р + I Б max и I Б р – I Б max На нагрузочной прямой находим точки пересечения с выходными характеристиками характеристики для I Б р + I Б max и I Б р – I Б max
Находим значения коллекторного тока I K p + I Kmax и I K p – I Kmax (т.е. определяем диапазон его изменения и амплитуду относительно тока рабочей точки I Б р ). Находим значения напряжения К-Э U KЭ p + U вых max и U KЭ p – U вых max (т.е. определяем диапазон его изменения и амплитуду выходного напряжения относительно рабочей точки U KЭ p ) Вычисляем коэффициент усиления, как K U = U вых max / U вх max В нашем случае K U = 5/0,1 = 50. Отметим, что положительному полупериоду входного сигнала соответствует отрицательный полупериод выходного сигнала, т.е. усилитель по схеме с ОЭ инвертирует сигнал.
Недостатки транзисторов, как элементов усилителя: 1.Принципиальная нелинейность 2.Зависимость характеристик от температуры – изменение β, рост тока I K 0 – в 2 раза на каждые 10⁰С Устраняет недостатки отрицательная обратная связь, заключающаяся в подаче на вход со знаком минус части выходного сигнала
При изменении I Э (например, от температуры), происходит изменение U R Э, при неизменном U вх это приведет к противоположному изменению U БЭ, которое скомпенсирует изменение I Э. Оценим коэффициент усиления U вх = U R Э + U БЭ. Т.к. U БЭ – доли вольта, то можно считать, что U вх = U R Э (эмиттерный повторитель) Таким образом, Δ U вх = Δ U R Э Поскольку I Э ≈ I К, Δ U R Э = Δ I Э R Э, а Δ U R К = Δ I К R К, То K U = Δ U вых / Δ U вх = Δ U R К / Δ U R Э = R К / R Э. Таким образом, коэффициент усиления схемы с ООС зависит только от номиналов R К и R Э
Данная ООС называется ООС по току Назначение C Э – шунтирование высокочастотных изменений тока эмитера: X C = 1/2π fC Э
Рассчитать каскад общий эмиттер с отрицательной обратной связью по току для транзистора (характеристики - рис. 2) Напряжение Е К =20 В, режим работы по постоянному току - точка p. Коэффициент передачи базового тока транзистора β =50. Решение. В соответствии с положением рабочий точки p падение напряжения на транзисторе U КЭ p =10 В, ток I К p =10 мА. Пусть K U =10. Определим величины R К и R Э. R К + R Э = ( Е К ‒ U КЭ p )/ I К p =(20 ‒ 10)/0,01=1000 Ом. Т.к. K U =10, то R К / R Э =10. Таким образом: С учетом ряда предпочтительных номиналов E 24 R К =910 Ом, R Э =91Ом.
Определим напряжения U Э и U Б. Падение напряжения на R Э : U Э = I К p R Э = 0,01∙91=0,91 В. По входной характеристике определяем напряжение в рабочей точке p : U БЭ p =0,2 В. Тогда U Б = U Э + U БЭ p =0,91+0,2=1,11 В. Определим и, исходя из токов I Б и I д. Так как β =50, а ток I к p = 0,01А, то I Б p = I К p / β = 0,01/50 = 0,0002 А. Примем ток делителя I д =5 I Б p =5∙0,0002 = 0,001А. Чтобы обеспечить напряжение U Б = 1,11 В, В соответствии с рядом E24 = 1,1 кОм и падение напряжения на нем составит 1,1 В. При напряжении питания Е К =20 В напряжение на резисторе Ток через резистор Отсюда В соответствии с рядом E24
I вх = I З < 10 -8 А R ЗИ – 10 8 – 10 9 ОМ R вх = R З =1-2МОм
R ЗИ – 10 12...10 15 Ом Рабочая точка обеспечи- вается и, т.е. R вх =
Более высокое, чем у биполярных входное сопротивление Низкий уровень собственного шума вследствие отсутствия рекомбинации неосновных носителей Более высокая температурная стабильность
Здесь входной сигнал – это разность между напряжением на Вх1 и Вх2. Также и выходной сигнал – это разность Δ U Вых между U Вых1 = U а и U Вых2 = U б. Левое и правое плечи полностью идентичны. Исходное состояние - I 1 = I 2, U а = U б (т.к. R 1 = R 2 ) и Δ U Вых =0. R 3 обеспечивает ООС по току, поддерживая I 1 + I 2 = const. Каскад не реагирует на синфазный сигнал, т.е. одновременное увеличение (уменьшение) U Вх1 и U Вх2
Пусть теперь U вх1 = + U вх, а U вх2 = – U вх. Тогда рабочая точка в первом плече сместится вверх, а во втором - вниз. В результате I 1 возрастет на Δ I, а I 2 уменьшится. При этом I 1 + I 2 = const, и, след-но, ООС не влияет. Изменения тока базы I 1 и I 2 приведут к изменениям U вых1 и U вых2 Причем U вых1 = U р – Δ U, а U вых2 = U р + Δ U.
Таким образом, дифференциальный каскад усиливает только разностный противофазный сигнал и не реагирует на синфазный. Если сигнал изменяется только на одном из входов, то ООС, стремясь скомпенсировать изменение суммарного тока I 1 + I 2, уменьшит ток как в первого, так и второго транзистора на Δ I /2. В результате выходной сигнал U вых будет вдвое меньше, чем для полностью дифференциального сигнала. Вход 1 называют инвертирующим, а вход 2 – неинвертирующим.
