Стабильность показателей аэу

Все технические параметры АЭУ являются размерами, изменяющиеся во времени. Источник трансформации параметров АЭУ являются следующие факторы:

1. Производственный разброс технических параметров АЭУ.

2. Электрическая нагрузка АЭУ

3. Условия экологии

4. Объективные процессы старения материалов из которых изготовлены АЭУ

Наиболее значимые показатели большой нестабильности нормируются техническими условиями. В большинстве случаев задается допустимая относительная нестабильность того либо иного показателя к его номинальному значению.

характеристики и Технические показатели любых устройств, к сожалению, не остаются постоянными ввиду нестабильности параметров составляющих элементов: пра трансформации температуры, напряжения и гока пи гения, и от экземпляра к экземпляру (производственный разброс) и благодаря старения. Самый нестабильны параметры транзисторов. Для наиболее значимых показателей большие нестабильности нормируются техническими условиями. В большинстве случаев задастся допустимая относительная нестабильность того либо иного показателя, т. е. отношение безотносительного приращения данного показателя к его номинальному значению.

При отыскании нестабильности какого-либо технического показателя устройства принято применять понятие чувствительности (параметрической),

которая по существу воображает отношение относительных нестабильностей интересующего нас показателяy н параметра х как источника нестабильности. Безразмерная величина именуется чувствительностью показателяук трансформации параметра х.

Интересующий нас показатель возможно не обязательно параметром устройства (к примеру, коэффициентом усиления), но и какой-либо функцией (к примеру, передаточной). В последнем случае чувствительность также есть функцией. Личную производную ду/дх именуют функцией чувствительности либо коэффициентом влияния параметра х на величину y.

Тема 1.2 Способы обеспечения режима работы биполярных и полевых транзисторов в каскадах усиления

Занятие 1.2.1 Способы обеспечения режима работы транзистора в каскадах усиления (Лекция 4, 2 часа)

Учебные вопросы:

1. Схема с фиксированным током базы Iб

2. Схема с фиксированным напряжением UБЭ

3. Схема с температурной коллекторной стабилизацией

4. Схема с температурной эмиттерной стабилизацией

1.2.1 Схема с фиксированным током базы

Рисунок 1.10 Схема с фиксированным током базы

Для обычной работы любого усилительного каскада нужно установить напряжения и определённые токи в входной и выходной цепях транзистора при отсутствии входного сигнала. Таковой режим именуют статическим(режим по постоянному току, режим спокойствия). Значения постоянных составляющих токов и напряжений определяются источниками питания во входной и выходной цепях усилителя.

В практических схемах отдельный источник смещения во входной цепи употребляется редко, а вводятся дополнительные элементы смещения (в большинстве случаев резисторы), на каковые подается напряжение от источника смещения в выходной цепи. Разглядим главные методы обеспечения режима по постоянному току в схеме с ОЭ. Главным требованием наряду с этим есть обеспечение постоянства выбранного режима спокойствия при замене транзистора и изменении температуры.

В схеме на рис. 1.10 режим по постоянному току задается посредством источника и резисторов питания. Смещение эмиттерного перехода осуществляется за счет протекания тока базы от источника питания через резистор . Уравнение Кирхгофа для входной цепи имеет форму:

.

Наряду с этим (эмиттерный переход открыт). Тогда

, (2.1)

откуда направляться, что начальный ток базы не зависит от транзистора и определяется лишь внешними параметрам и . Исходя из этого таковой способ обеспечения режима работы транзистора по постоянному току именуется смещением фиксированным током базы.

Недочётами данной схемы являются:

1)трудность обеспечения режима спокойствия в выходной цепи при установке транзисторов с допустимым промышленным разбросом параметра без трансформации сопротивления резистора :

(2.2)

Ток не зависит от параметров транзистора, а точка спокойствия в выходной цепи может оказаться либо в области насыщения либо вблизи границы режима отсечки;

2) не учитывается изменение обратного коллекторного тока транзистора от температуры. Схема с фиксированным током базы возможно использована для работы в диапазоне трансформации температур, не превышающем 10…20 °С.

1.2.2 Схема с фиксированным напряжением база – эмиттер

Рисунок 1.11 Схема с фиксированным напряжением базы

В схеме на рис. Режим спокойствия обеспечивается фиксированным напряжением на базе транзистора посредством делителя и источника питания из резисторов и .

Сопротивления резисторов и при заданном начальном токе базы , соответствующем напряжению , определяют по формулам

где — ток делителя, что выбирается из условия обеспечения нужной стабильности режима работы; .

Напряжение

не зависит от параметров транзистора. Поэтому таковой метод задания режима по постоянному току именуют смещением фиксированным напряжением базы.

С повышением температуры токи и изменяются фактически одинаково, что ведет к повышению . Точка спокойствия перемещается в сторону режима насыщения. Для обеспечения температурной стабилизации усилительных каскадов применяют обратные связи по постоянному току либо постоянному напряжению, каковые снижают воздействие дестабилизирующих температурных факторов.

1.2.3 Схемы с температурной стабилизацией

На рис. 1.12, а представлена схема с коллекторной стабилизацией. Ее отличие от схемы (рис. 1.10) пребывает в том, что резистор подключен к коллекторному выводу транзистора с напряжением , а не к источнику питания. В этом случае ток смещения определяется так:

Физический суть коллекторной температурной стабилизации содержится в следующем. При увеличении температуры коллекторный ток возрастает, а напряжение значительно уменьшается. Это ведет к уменьшению потенциала базы, а следовательно, к уменьшению коллекторного тока и тока базы , что пытается к собственному начальному значению. Так, это значительно ослабляет влияние температуры на чертей усилительного каскада.

схема с коллекторной температурной стабилизацией а)

б) схема с эмиттерной температурной стабилизацией

Рисунок 1.12 Схемы транзисторного каскада

.

Это ведет к уменьшению напряжения на эмиттерном переходе, что приводит к уменьшению базисного тока , в следствии чего ток коллектора кроме этого значительно уменьшается, стремясь возвратиться к собственному начальному значению.

Введение резистора при отсутствии конденсатора изменяет работу усилительного каскада не только в режиме спокойствия, но и при наличии входного сигнала. Переменная составляющая эмиттерного тока формирует на резисторе падение напряжения, так именуемое напряжение обратной связи(ОС), которое сокращает усиливаемое напряжение, подводимое к транзистору:

Коэффициент усиления усилительного каскада будет уменьшаться. Для ослабления влияния отрицательной обратной связи по переменному току параллельно резистору включается конденсатор . Ёмкость конденсатора выбирают так, дабы в полосе пропускания усилителя его сопротивление было намного меньше . Наряду с этим падение напряжения на параллельном соединении и от переменной составляющей тока эмиттера будет малым.

Так, режим спокойствия возможно обеспечить:

• заданием требуемого тока базы посредством резистора с громадным сопротивлением (рис. 1.12,а);
• заданием потенциала базы посредством делителя напряжения либо получением за счет включения (1.12,б).

Раздел1.2.2 Стабильностьрежимов работы биполярных транзисторов (Лекция 5, 2 часа)

Учебные вопросы:

1. Стабильность рабочей точки биполярных транзисторов

2. Приращение тока коллектора Iк

3. Условия стабильности работы усилительных каскадов

1.2.4 Стабильность рабочей точки

Разброс параметров транзисторов одной серии существенно затрудняет проектирование стабильных усилительных устройств. Помимо этого, параметры биполярных транзисторов во многом зависят от внешних факторов: трансформации температуры, радиационного действия. Все это ведет к смещению рабочей точки на ВАХ.

Уровень качества температурной стабилизации схемы определяется выбором положения исходной рабочей точки и ее стабильностью при трансформации температуры. На положение рабочей точки при повышении температуры сильное влияние оказывают: обратный ток коллекторного перехода , что возрастает; напряжение , которое значительно уменьшается; коэффициент передачи тока базы, что кроме этого возрастает.

Исходя из этого температурную нестабильность схемы возможно оценить полным приращением тока коллектора по формулам

(2.3)

(2.4)

Исходя из (2.14), запишем

(2.5)

Подставив в (2.15) значение приращения тока базы , возьмём уравнение

(2.6)

где – коэффициент токораспределения;

решив которое довольно отыщем

(2.7)

Величину именуют коэффициентом температурной нестабильности.

Коэффициент температурной нестабильности показывает, во какое количество раз изменение тока спокойствия больше в данном каскаде, чем в совершенном стабилизированном устройстве. Чем меньше S, тем стабильнее усилительный каскад.

Учитывая, что полное приращение коллекторного тока с учетом коэффициента нестабильности будет равняется

(2.8)

Формула (2.18) возможно использована для определения усилительного каскада для любой схемы включения биполярного транзистора.

Сделав анализ коэффициента нестабильности, возьмём предельные значения S. При каскад будет владеть наилучшей стабильностью, а при — плохой. Так, в зависимости от соотношения и значение коэффициента температурной нестабильности изменяется от до . Следовательно, для получения большой стабильности необходимо стремиться к исполнению условия либо к исполнению неравенства

(2.9)

Условие (2.9) есть желательным при создании стабильных усилительных каскадов, но уменьшение значения сопротивления ограничивается понижением входного сопротивления каскада. На практике удовлетворительные результаты получаются при , которым соответствуют 5и .

Приращение коллекторного тока за счет трансформации напряжения учитывается в (2.8) слагаемым , причем , где –ТКН, являющийся отрицательной величиной, что учитывается в выражении (2.8) знаком минус перед . Это показывает на то, что с ростом температуры изменение ведет к уменьшению приращения коллекторного тока.

Изменение коллекторного тока за счет приращения коэффициента усиления транзистора по току учитывается , в большинстве случаев

1.2.5 Методы задания режима спокойствия в усилительных каскадах на полевых транзисторах

а)

б)

Рисунок 1.13 Схемы обеспечения режима спокойствия усилительного каскада на полевых транзисторах: а, в — с управляющим p-n

переходом; б – со встроенным каналом; г – с индуцированным каналом

В схе*мах на полевых транзисторах режим спокойствия задается посредством падения напряжения на резисторе, подключенном в цепь истока, либо подачей на затвор дополнительного напряжения. На рис. 1.13 представлены схемы подачи напряжения смещения на полевые транзисторы. В усилителях на полевых транзисторах с управляющим p-n переходом и с встроенным каналом (рис.2.4, а, б) режим спокойствия обеспечивается за счет резистора, включенного в цепь истока.

Так как ток затвора этих транзисторов мал, то мало и падение напряжения на резисторе . На практике принято вычислять, что напряжение фактически равняется падению напряжения на резисторе : . Сопротивление резистора включенного параллельно громадному входному сопротивлению усилителя, должно быть соизмеримо с ним. Его выбирают из диапазона от единицы до десятков МОм.

Резистор , не считая функции автоматического смещения на затвор, делает функцию термостабилизации режима работы по постоянному току, стабилизируя . Дабы исключить падение напряжения на резисторе за счет переменной составляющей тока стока, его шунтируют емкостью . Сопротивление конденсатора во всей полосе пропускания усилителя должно быть намного меньше .

Довольно часто для работы транзистора на участке с громадной крутизной характеристики на затвор подают дополнительное отпирающее напряжение посредством делителя (рис. 1.13, в).

При применении в усилительных устройствах полевых транзисторов с индуцированным каналом (рис. 1.13, г) принципиально нужна подача напряжения смещения от внешнего источника, потому что при его отсутствии транзистор будет закрыт. Температурная стабилизация осуществляется за счет элементов .

Раздел 1.2.3 Обратные связи в АЭУ (Лекция 6, 2 часа)

Учебные вопросы:

1. Классификация видов обратных связей

2. Последовательная обратная сообщение по напряжению

3. Последовательная обратная сообщение по току

4. Свойства параллельной обратной связи

5. Паразитные обратные связи

1.2.6 Обратные связи в усилителях

L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAr60Ku8UA AADdAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESP3WoCMRSE7wt9h3AE72riilJXoxSpohct1O4DHDZn f3BzsiSpbvv0plDo5TAz3zDr7WA7cSUfWscaphMFgrh0puVaQ/G5f3oGESKywc4xafimANvN48Ma c+Nu/EHXc6xFgnDIUUMTY59LGcqGLIaJ64mTVzlvMSbpa2k83hLcdjJTaiEttpwWGuxp11B5OX9Z DZWS9F5Mf17Lt0VVZSeT7Qp/0Ho8Gl5WICIN8T/81z4aDTO1nMPvm/QE5OYOAAD//wMAUEsBAi0A FAAGAAgAAAAhAPD3irv9AAAA4gEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54 bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAMd1fYdIAAACPAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAuAQAAX3JlbHMvLnJl bHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAMy8FnkEAAAA5AAAAEAAAAAAAAAAAAAAAAAApAgAAZHJzL3NoYXBl eG1sLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQCvrQq7xQAAAN0AAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAJgCAABkcnMv ZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABAD1AAAAigMAAAAA /

Рисунок 1.14 Структурная схема усилителя с обратной связью

Для улучшения стабильности усиления, трансформации входного и выходного сопротивлений, уровня линейных и нелинейных искажений, амплитудно-частотных, других параметров и передаточных характеристик вводят обратную сообщение. Обратной связью (ОС) в усилителях именуют передачу выходного сигнала в его входную цепь. Цепь, по которой осуществляется передача сигнала ОС, именуется цепью обратной связи. Петлей ОС именуют замкнутый контур, включающий в себя цепь ОС и часть усилителя между точками ее подключения. Местной петлёйОС (местной ОС) именуют ОС, охватывающую отдельные каскады либо часть усилителя. ОбщаяОС охватывает целый усилитель.

Упрощенная структурная схема усилителя, с обратной связью продемонстрирована на рис.1.14. Усилитель имеет в направлении, указанном стрелкой, коэффициент усиления . Вторым прямо угольником обозначена цепь ОС, имеющая коэффициент передачи , где — напряжение ОС, передаваемое с выхода усилителя на вход. Коэффициент показывает, какая часть выходного напряжения передается обратно на вход, исходя из этого его именуют коэффициентом обратной связи. В большинстве случаев , исходя из этого вместо нижнего усилителя возможно использовать пассивный линейный четырёхполюсник. коэффициент усиления передачи и Коэффициент усилителя цепи ОС в общем случае являются размерами комплексными, учитывающими вероятный фазовый сдвиг на низких и высоких частотах за счет наличия в схемах реактивных элементов. При работе в диапазоне средних частот, в случае, если в цепи ОС отсутствуют реактивные элементы, то параметры и являются вещественными размерами.

Рисунок 1.15 Методы получения сигнала обратной связи:

а – по напряжению; б – по току; в — комбинированный

В случае, если напряжение сходится по фазе с выходным напряжением , то в точке сравнения происходит сложение сигналов и ОС именуют хорошей (ПОС). В случае, если и противофазны (поворот фазы сигнала ), то в точке сравнения происходит их вычитание и ОС именуют отрицательной (ООС).

По методу получения сигнала различают:

— обратную сообщение по напряжению (рис. 1.15, а), в то время, когда сигнал обратной связи пропорционален выходному напряжению ;

— ОС по току (рис. 1.15, б), в то время, когда сигнал обратной связи пропорционален току выходной цепи;

— комбинированную обратную сообщение (рис.2.6, в), в то время, когда снимаемый сигнал ОС пропорционален как напряжению, так и току выходной цепи.

Рисунок 1.16 Методы введения сигнала обратной связи на вход усилителя:

а – последовательный; б – параллельный; в — смешанный

По методу введения напряжения ОС на вход усилителя обратная сообщение не редкость:

— последовательной (рис. 1.16, а) — напряжение ОС поступает последовательно с напряжением источника входного сигнала;

— параллельной (рис.1.16, б) — напряжение ОС поступает параллельно с напряжением источника входного сигнала;

— смешанной (рис.1.16,в).

Для определения вида обратной связи возможно воспользоваться следующим правилом: в случае, если при маленьком замыкании нагрузки напряжение обратной связи сохраняется, то осуществляется обратная сообщение по току; в случае, если же оно пытается к нулю, то по напряжению.

Потому, что в усилителях в большинстве случаев употребляются каскады ОЭ, ОК, ОИ, ОС, то возможно вид ОС по методу подачи ее сигналов во входную цепь. В случае, если сигнал обратной связи поступает на эмиттер (либо исток) транзистора, то сообщение последовательная, а вдруг на базу (либо затвор), то параллельная. Для определения вида обратной связи (ООС, ПОС) нужно просмотреть прохождение полуволны входного сигнала во всех точках схемы усилителя.

Отрицательная обратная сообщение разрешает улучшить кое-какие параметры усилителя, исходя из этого она обнаружила практике преимущественное использование. Оценку влияния обратной связи на показатели усилителя разглядим на примере схемы с последовательной обратной связью по напряжению (рис. 1.16, а).

1.2.7 Последовательная обратная сообщение по напряжению

На входе усилителя действует алгебраическая сумма напряжений входного сигнала и ОС

(2.10)

Напряжение на выходе усилителя, охваченного обратной связью, равняется

(2.11)

Поделив обе части уравнения (2.11) на , возьмём

(2.12)

Это соотношение, связывающее коэффициент усиления усилителя , охваченного обратной связью, и усилителя без обратной связи, есть главным соотношением в теории усилителей с обратной связью. Величина характеризует характер и усиление петли обратной связи. Величину именуют глубиной обратной связи.

Потому, что в общем случае и , где и – фазовые сдвиги напряжения сигнала, вносимые соответственно звеном и усилителем обратной связи, выражение (2.12) возможно записать в виде

(2.13)

При ; , т.е. в случае, если коэффициент обратной связи имеется величина вещественная и отрицательная, возьмём

(2.14)

Так, в случае, если сигнал обратной связи поступает на вход усилителя в противофазе с входным знаком, то коэффициент усиления усилителя значительно уменьшается в раз. Такую обратную сообщение именуют отрицательной.

Отрицательная обратная сообщение ослабляет влияние всех трансформаций коэффициента усиления , а также связанных с неравномерностью частотной характеристики; расширяет полосу пропускания как в сторону низких, так и в сторону высоких частот; сокращает частотные искажения. ООС сокращает появляющиеся в усилителе нелинейные искажения. В случае, если при ООС , то говорят, что усилитель охвачен глубокой отрицательной обратной связью

2.15)

В этом случае коэффициент усиления усилителя определяется лишь коэффициентом передачи цепи обратной связи и не зависит от собственного коэффициента усиления усилителя.

В случае, если величина вещественная и хорошая, то сигнал обратной связи сходится по фазе с входным, усилитель охвачен хорошей обратной связью. Коэффициент усиления усилителя наряду с этим возрастает в раз. При в усилителе появляются условия для самовозбуждения усилителя охваченного хорошей обратной связью. Таковой режим работы отыскал использование в генераторах напряжения.

Сущность самовозбуждения содержится в следующем: любой небольшой входной сигнал, вызванный наводками либо колебаниями параметров активных элементов, улучшается и возвращается обратно на вход усилителя. Суммируясь с входным знаком, он приводит к появлению громадного входного сигнала. В настоящих усилителях наступает ограничение выходного сигнала, появляются незатухающие колебания.

Хорошая обратная сообщение, увеличивающая коэффициент усиления, в электронных усилителях фактически не используется, поскольку наряду с этим стабильность его усиления существенно ухудшается.

Для качественной оценки действия цепи обратной связи определим стабильность коэффициента усиления усилителя с обратной связью. Для данной цепи продифференцируем выражение (2.15)

(2.15)

тогда относительное изменение коэффициента усиления усилителя с отрицательной обратной связью определяется, как

(2.16)

Из этого следует, что относительное изменение коэффициента усиления усилителя с отрицательной обратной связью в раз меньше относительного трансформации коэффициента усиления усилителя без обратной связи. Наряду с этим стабильность коэффициента усиления увеличивается с повышением глубины обратной связи.

Рисунок 1.17 Амплитудно-частотная черта

Трудовые династии – показатель стабильности

Интересные записи:

• Статья 5 основ гражданского законодательства как общий принцип и как специальная норма советского гражданского права
• Статья i:1 гатт и дифференциация, представленная в тарифной классификации испании.
• Ставки ндфл и налоговые вычеты
• Степень истинности отношений между языком и миром