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 Стабильность показателей аэу устройства принято применять понятие чувствительности (параметрической),

Стабильность показателей аэу

которая по существу воображает отношение относительных нестабильностей интересующего нас показателяy н параметра х как источника нестабильности. Безразмерная величина Стабильность показателей аэу 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 Стабильность показателей аэу и резисторов питания. Смещение эмиттерного перехода осуществляется за счет протекания тока базы Стабильность показателей аэу от источника питания Стабильность показателей аэу через резистор Стабильность показателей аэу . Уравнение Кирхгофа для входной цепи имеет форму:

Стабильность показателей аэу .

Наряду с этим Стабильность показателей аэу (эмиттерный переход открыт). Тогда

Стабильность показателей аэу , (2.1)

откуда направляться, что начальный ток базы Стабильность показателей аэу не зависит от транзистора и определяется лишь внешними параметрам Стабильность показателей аэу и Стабильность показателей аэу . 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 Стабильность показателей аэу без трансформации сопротивления резистора Стабильность показателей аэу :

Стабильность показателей аэу (2.2)

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

2) не учитывается изменение обратного коллекторного тока транзистора Стабильность показателей аэу 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 Стабильность показателей аэу транзистора посредством делителя и источника питания из резисторов Стабильность показателей аэу и Стабильность показателей аэу .

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

Стабильность показателей аэу

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

Напряжение

Стабильность показателей аэу

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

С повышением температуры токи Стабильность показателей аэу и Стабильность показателей аэу изменяются фактически одинаково, что ведет к повышению Стабильность показателей аэу . 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 Стабильность показателей аэу подключен к коллекторному выводу транзистора с напряжением Стабильность показателей аэу , а не к источнику питания. В этом случае ток смещения Стабильность показателей аэу определяется так:

Стабильность показателей аэу

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

схема с коллекторной температурной стабилизацией а) Стабильность показателей аэу

Стабильность показателей аэу

б) схема с эмиттерной температурной стабилизацией

Рисунок 1.12 Схемы транзисторного каскада

Стабильность показателей аэу .

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

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

Стабильность показателей аэу

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

Так, режим спокойствия возможно обеспечить:

  • заданием требуемого тока базы посредством резистора Стабильность показателей аэу с громадным сопротивлением (рис. 1.12,а);
  • заданием потенциала базы посредством делителя напряжения Стабильность показателей аэу либо получением Стабильность показателей аэу за счет включения Стабильность показателей аэу (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 Стабильность показателей аэу , что возрастает; напряжение Стабильность показателей аэу , 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

Стабильность показателей аэу (2.3)

Стабильность показателей аэу (2.4)

Исходя из (2.14), запишем

Стабильность показателей аэу (2.5)

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

Стабильность показателей аэу (2.6)

где Стабильность показателей аэу – коэффициент токораспределения;

Стабильность показателей аэу

решив которое довольно Стабильность показателей аэу отыщем

Стабильность показателей аэу (2.7)

Величину Стабильность показателей аэу 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 Стабильность показателей аэу полное приращение коллекторного тока с учетом коэффициента нестабильности будет равняется

Стабильность показателей аэу (2.8)

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

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

Стабильность показателей аэу (2.9)

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

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

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

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 Стабильность показателей аэу . На практике принято вычислять, что напряжение Стабильность показателей аэу фактически равняется падению напряжения на резисторе Стабильность показателей аэу : Стабильность показателей аэу . Сопротивление резистора Стабильность показателей аэу включенного параллельно громадному входному сопротивлению усилителя, должно быть соизмеримо с ним. Его выбирают из диапазона от единицы до десятков МОм.

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

Довольно часто для работы транзистора на участке с громадной крутизной характеристики на затвор подают дополнительное отпирающее напряжение посредством делителя Стабильность показателей аэу (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 Стабильность показателей аэу .

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

вх

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

K
?
вх
вых
?вых
ос
ос

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 Стабильность показателей аэу . Вторым прямо угольником обозначена цепь ОС, имеющая коэффициент передачи Стабильность показателей аэу , где Стабильность показателей аэу — напряжение ОС, передаваемое с выхода усилителя на вход. Коэффициент Стабильность показателей аэу показывает, какая часть выходного напряжения передается обратно на вход, исходя из этого его именуют коэффициентом обратной связи. В большинстве случаев Стабильность показателей аэу , исходя из этого вместо нижнего усилителя возможно использовать пассивный линейный четырёхполюсник. коэффициент усиления передачи Стабильность показателей аэу и Коэффициент усилителя цепи ОС Стабильность показателей аэу 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 Стабильность показателей аэу и Стабильность показателей аэу являются вещественными размерами.

Стабильность показателей аэу Стабильность показателей аэу Стабильность показателей аэу

Рисунок 1.15 Методы получения сигнала обратной связи:

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

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

По методу получения сигнала Стабильность показателей аэу различают:

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

— 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.

Стабильность показателей аэу Стабильность показателей аэу

Стабильность показателей аэу

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 Стабильность показателей аэу поступает последовательно с напряжением источника входного сигнала;

— параллельной (рис.1.16, б) — напряжение ОС Стабильность показателей аэу 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

Стабильность показателей аэу (2.10)

Напряжение на выходе усилителя, охваченного обратной связью, равняется

Стабильность показателей аэу (2.11)

Поделив обе части уравнения (2.11) на Стабильность показателей аэу , возьмём

Стабильность показателей аэу (2.12)

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

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

Стабильность показателей аэу (2.13)

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

Стабильность показателей аэу (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 Стабильность показателей аэу раз. Такую обратную сообщение именуют отрицательной.

Отрицательная обратная сообщение ослабляет влияние всех трансформаций коэффициента усиления Стабильность показателей аэу , 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 Стабильность показателей аэу , то говорят, что усилитель охвачен глубокой отрицательной обратной связью

Стабильность показателей аэу 2.15)

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

В случае, если величина Стабильность показателей аэу 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 Стабильность показателей аэу раз. При Стабильность показателей аэу 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)

Стабильность показателей аэу (2.15)

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

Стабильность показателей аэу (2.16)

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

Стабильность показателей аэу

Рисунок 1.17 Амплитудно-частотная черта

Трудовые династии – показатель стабильности


Интересные записи:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: