Аперіодичний підсилювач безперервних коливань (стр. 1 из 2)
Аперіодичний підсилювач безперервних коливань
Зміст
1. Особливості підстлювачів з СБ, СК та порівняльний аналіз схем (каскадів) підсилення
2. Порівняльна оцінка схем СЕ, СБ, СК
3. Особливості підсилювачів на уніполярному транзисторі та підсилювачів потужності на БТ
4. Особливості підсилювачів на БТ
5. Призначення елементів схеми
6. Робота схеми
1. Особливості підстлювачів з СБ, СК та порівняльний аналіз схем (каскадів) підсилення
Схема з СК (емітерний повторювач; повторювач напруги). Типова схема ЕП зображена на мал. 2.1.
Мал 2.2
Елементи Rб1,Rб2, Rезабезпечують потрібний режим роботи по постійному струму та його стабілізацію; Rе навантажує ланцюг емітера та служить для виділення підсиленого сигналу, що є одночасно опором ВЗЗ по змінному струму.
Сф–з’еднує колектор по змінному струму з загальним дротом. Особливістю даного каскаду, визначаючою всі його властивості є те, що напруга підсиленого сигналу, створена на Rе змінним струмом емітера Urе , повністю збігається за фазою з вхідним сигналом (див. Мал.2.2.),напруга Uбе буде рівня різниці напруг вхідного сигналу та Urе (вихідного сигналу).
Uбе=Uвх -Urе ≈Uвх-Uвих
Тобто в схемі ЕП діє 100% ВЗЗ по змінному струму, який й визначає основні характеристики даного підсилювача.
Коефіцієнт підсилення напруги:
Kuеп= Uвих/Uвх≈Uвх-Uбе/Uвх=1-Uбе/Uвх <1
Оскільки Uбе << Uвх то Kuеп≈1
Коефіцієнт підсилення струму.
З-за того, що вхідним струмом в схемі ЕП є струм емітера, а вхідним струм бази,то
Кіеп=Іе/Іб >>1≈-h21e
Коефіцієнт потужності
Kpen=Kien*Kuen≈–h21e
100% Взз по струму, який має місце в схемі ЕП, суттєво збільшує вхідний та зменшує вихідний опір каскаду.
Тобто ЕП (повторювач напруги) має наступні властивості:
· Не змінює фазу сигналу, підведеного до цого входу;
· Не підсилює вхідний сигнал по напрузі (Ku≈1 ),але підсилює по струму та потужності;
· опір (Zвх>>1/g11e – без врахування впливу базового дільника) та малий вихідний опір;
·
з урахуванням не перелічених властивостей ЕП та в першу чергу високий вхідний та малий вихідний опір його використовують для узгодження з малим опором.
З-за слабкого впливу змін опору навантаження ЕП на його вхідну проводимість ЕП можливо використовувати для розв’язка нестабільного навантаження від джерела коливань з високою стабільністю.
Схема з загальною базою
Мал.2.3.
Варіант схеми зображений на мал. 2.3. з загальною базою. Призначення елементів Rб1,Rб2,Rе,Rк,Cф,як і всхемі з СЕ. Сбл з’еднує базу з загальним дротом по змінному струму.
Основна особливість даного підсилювача це те, що крізь джерело підсилюємого сигналу проходить змінна складова струму емітера, а вхідним опором каскаду практично є опір, переходу Б-Е, зашунтований опорами Rе та опором джерела вхідного сигналу. Це обумовлює дуже низький вхідний опір, значно менший ніж у схем з СЕ а тимпаче СК.
Вихідним сигналом в даній схемі є змінна напруга ~URk,створюватиме змінним струмом Ik~ наRk. Так як Ik~ є частиною Iе~ , який синфазний з напругою вхідного сигналу Uвх , то вихідний сигнал в схемі СБ співпадає за фазою з вхідним сигналом.
Схема СБ не підсилює по струму, так як вхідним струмом є струм емітераIе , а вихідним – менший за величиною струм колектора Ik,то
Кiзб=Iвих/Iвх=Ik/Iе=Ik/Ik+Iб=1/1+Iб/Ik≈1 (Ik>>Iб)
По напрузі схема СБ підсилює навіть краще, ніж схема СЕ
Кзбо=- g21e/g22e+1/Rk+1/Rn;
Кзбо ≈ g21e/1/Rk+1/Rn
Ко – коефіцієнт підсилення напруги в області передніх частот, де нерівномірність АЧХ відсутня, а її нормоване значення рівне одиниці.
Вхідна провідність схеми з СБ в порівнянні з схемами СЕ та СК велика та практично рівна:
Yвх ≈g21e; g21e >>g11eg21e >>g22e
Тобто дана схема має самий низький вхідний опір із розглянутих схем: СБ, СК та СЕ.
Вхідна провідність схеми СБ такаж як й в схемі СЕ та рівна :
Yвих = g22e
Коефіцієнт підсилення потужності приблизно рівен коефіцієнту підсилення напруги, так як схема СБ не підсилює по струму
Кізб≈1
2. Порівняльна оцінка схем СЕ, СБ, СК
1. З розглянутих схем тільки схема СЕ змінює фазу підсилюємого сигналу на підсилювачі ( в області середніх частот);
2. Найбільшими підсилювальними властивостями володіє схема СЕ, у якого Кuзе >> 1 та Кізе >> 1, в той час як Кuзк <1та Кізб<1;
3. Схеми СК та СБ мають більш широку смугу робочих частот в порівнянні зі схемою СЕ, з-за того, що в цих схемах має місце ВЗЗ;
4. Найбільшим вхідним опором володіє схема з СК;
5. Найменшим вхідним опором володіє схема з СБ;
6. Найменшим вихідним опором володіє схема з СК;
7. Наймнший вихідний опір має схема з СБ.
Кількісна оцінка розглянутих параметрів приведена в таб. 9.1. (Л.1. с 383)
3. Особливості підсилювачів на уніполярному транзисторі та підсилювачів потужності на БТ
При використанні польових транзисторів (ПТ) для побудови схем підсилювачів також, як і в випадку БТ, можливі три схеми їх підключення: з загальним витоком (ЗВ), загальним стоком (ЗС) та загальним Затвором (ЗЗ).
Основною особливістю схем підсилювачів на ПТ, є те, що розміром струму вихідного кола (кола стока) керує змінна напруга сигналу, діюча на ділянці затвор-стік, а не струм переходу Б-Е, як в схемах Підсилювачів на БТ. Процеси в Підсилювачах на ПТ в багато в чому схожі з процесами в лампових підсилювачах.
Залежність струму стоку від температури обумовлює наявність в схемі підсилювача на ПТ елементів (кіл), температурної стабілізації точки спокою
З-за значно більшого (на декілька порядків ε з-в =108 -1010 Ом) вхідного опору ПТ в порівнянні з БТ струм затвору в режимі спокою має розмір, яким можливо в більшості випадків знехтувати.
Варіанти схем підсилювачів на ПТ с керованим р-n переходом та каналом n- типу зображені на мал.2.4
1. Схема з ЗВ та з витоковою температурною стабілізацією;
Схема з ЗС ( витоковий повторювач);
2. Схема з ЗЗ
В)
Мал 2.4.
В схемах ЗВ та ЗЗ опір R1 може бути відсутнім, якщо розмір опору Rв можна обрати таким, що забезпечується потрібна напруга на ділянці затвор-виток.
Величина постійного струму в схемах підсилювачів на ПТ не залежно від схеми його включення проходить постійний струм стоку, джерелом якого є джерело Ев. Полярність включення цього джерела визначається типом каналу, у ПТ з каналом р-типу на стік подається від’ємна напруга, а з каналом n-типу – позитивна.
Проводячи порівняльну оцінку властивостей схем підсилювачів на ПТ, не важко помітити, що по таким параметрам, як впливна фазу підсилюємого сигналу, коефіцієнт підсилення, вхідний та вихідний опори, смугу робочих частот, неважко помітити, що вона аналогічна розглянутій раніше оцінці підсилювачів на БТ.
4. Особливості підсилювачів на БТ
Коефіцієнт корисної дії (η) визначається виразом:
η =P~/Po= 2Um*Im/E*Io=0,5*ξIm/ Io
ξ= Um / Eкоефіцієнт ЕС джерела живлення.
Im,Io– відповідно амплітуда струму в навантаженні, та постійна складова струму вихідного кола ПП.
Для отримання високого КПД елемент,що підсилює необхідно за можливістю більш повно використовувати які по напрузі, так й по струму.
Розрізняють схеми однотактних та двухтактних ПП, трансформаторних та безтрансформаторних.
Елементи, що підсилюють в трансформаторних ПП найбільш часто включають за схемою ЗЕ, володіючий більшим підсиленням потужності. Вариант схеми однотактного трансформаторного транзисторного ПП зображено на мал.2.5.
Мал 2.5.
Призначення елементів схеми ПП, кола струму бази та колектора ті ж, що й в схемі резистивного Підсилювача на БТ ( за виключенням трансформатора Тр ).
Трансформатор в схемі ПП виконує наступні функції :
· Виключає проходження постійної складової струму колектора крізь навантаження (роз’е’єднує навантаження та вихідне коло та вихідне коло ПП по постійному струму)
· Трансформує опір нагрузки в розмір, необхідний для навантаження кола колектора по змінному струму, тобто забезпечує погодження вихідного опору ПП з опором навантаження для отримання в навантаженні максимальної потужності.
Елементи, що підсилюють в схемах однотактних П працюють в режимі класу А (лінійному режимі), при цьому постійна складова струму його вихідного кола залишається при підсиленні сигналів практично постійною, що дозволяє використовувати в транзисторнних ПП схему емітерної стабілізації.
До основних характеристик щднотактного ПП відносяться:
1. Потужність в корисній нагрузці RkPн=0,5I2k1m*R2 ,де – амплітуда першої гармоніки струму колектора; ηmp= Pн/ P – ККД вихідного трансформатора.
2. Потужність, що споживається від джерела живлення:
3. P0=Ek*IknIkn- струм колектора в режимі спокою
4. ККДη= Pн/ P0=0,5* I2k1m *R2 ηmp/ Ek* Ikn= * ηmp, тутηк=0,5*I2k1m *R2/ Ek* Ikn – ККД колекторного кола.ηmp=0,7-0,85 та зменшується зі зменшенням розмірів трансформатору (тобто його потужності).