VI. Текст лекции

Федеральное государственное казенное военное

Образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного» Министерства обороны Российской Федерации

Кафедра

УТВЕРЖДАЮ

Начальник 2 кафедры

полковник

А. Давыдов

«_____» ____________ 2012 года

ЛЕКЦИЯ

по учебной дисциплине «Схемотехника телекоммуникационных устройств»

(ДК3-09-03)

Тема № 1	«Общие сведения об аналоговых электронных устройствах»
Занятие № 4	«Цепи питания электронных элементов»

Обсуждена на заседании кафедры

(предметно-методической комиссии)

Протокол № _____ от

«_____» ____________ 2012 года

Санкт-Петербург

I. Учебные цели

1. Изучить способы обеспечения питания входных и выходных цепей в аналоговых схемах и стабилизации статического режима.

2. Совершенствовать навыки конспектирования.

II. Воспитательные цели

1. Развитие профессионально важных качеств военных специалистов.

III. Расчет учебного времени

Содержание и порядок проведения занятия	Время, мин.
ВСТУПИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Учебные вопросы:
1. Способы обеспечения статического состояния биполярного транзистора.
2. Стабилизация статического состояния биполярного транзистора.
3. Особенности обеспечения статического состояния полевых транзисторов и электронных ламп
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

IV. Литература

1. Павлов В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. М., «Академия» 2008 г., с.25-27, 44-54.

2. Якушенко С. А., Ершов Ю. К., Журбин Г. Е., Романов А. Г. Основы схемотехники. Учебное пособие, часть 1. НВВИУС 2004 г., с.63-64

V. Учебно-материальное обеспечение

1. Плакат " Цепи питания биполярных транзисторов ".

2. Демонстрационная установка, демонстрационная программа.

3. Мел, доска.

VI. Текст лекции

ВВЕДЕНИЕ

В лекции будут рассмотрены способы обеспечения статического состояния биполярного транзистора, стабилизация статического состояния биполярного транзистора, особенности обеспечения статического состояния полевых транзисторов и электронных ламп.

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ

I. СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТАТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Принципиальная схема каскада с общим эмиттером. назначение элементов схемы.

Схема усилительного каскада с ОЭ представлена на рис.1.

Рис.1. Схема усилительного каскада ОЭ.

В соответствии с принципом работы биполярного транзистора процесс усиления входного сигнала можно представить следующим образом:

- если в контур тока i_б ввести источник сигнала, подлежащего усилению (U_ВХ), то его изменения будут изменять степень открытия эмиттерного р-n – перехода;

- ток коллектора будет изменяться, обеспечивая изменение перехода энергии от источника питания U_ИП в нагрузку.

Рассмотрим назначение элементов схемы:

- R_Б1, R_Б2 – резисторы делителя напряжения в цепи базы предназначены для обеспечения напряжения смещения во входной цепи транзистора VT;

- R_к – резистор в цепи коллектора, через который подается на коллектор транзистора постоянное напряжение. Этот резистор является частью нагрузки каскада по переменному току;

- R_э – совместно с делителем напряжения R_Б1, R_Б2 обеспечивает стабилизацию рабочей точки при изменении температуры, старении элементов, кроме того, R_э совместно с R_Б1, R_Б2 обеспечивают начальное напряжение смещения участка база-эмиттер;

- С_э служит для того, чтобы переменное напряжение на участке эмиттер - общая точка схемы, было бы достаточно малым во всей рабочей полосе частот, т. е. эмиттер по переменной составляющей тока коллектора соединяется с общим проводом;

- С_ф – предотвращает протекание переменной составляющей тока коллектора через источник питания. Если при питании нескольких каскадов одного усилителя от общего источника питания не отводить переменную составляющую тока каждого каскада от общего источника питания, то между каскадами образуются паразитные связи, наличие которых может совершенно исказить характеристики усилителя и даже привести к его самовозбуждению;

- С_Р1, С_Р2 – разделительные конденсаторы для отделения последующего каскада от предыдущего по постоянному току;

- U_ИП – источник питания коллекторно-базовых цепей, за счет энергии которого происходит усиление полезного сигнала.

По переменному току нагрузкой в коллекторной цепи служат: резистор R_к, разделительный конденсатор С_р, сопротивление R_H и емкость С_Н нагрузки.

Разберем порядок протекания постоянной составляющей токов:

- ток делителя: + U_ИП –R_Ф - R_б1 – R_б2 - ^ - - U_ИП .

- ток базы: + U_ИП – R_Ф - R_б1 – Б – Э - ^ - - U_ИП.

- ток коллектора: + U_ИП – R_Ф - R_к - К – Э - ^ - - U_ИП .

Источником переменнойсоставляющей тока будем считать транзистор VT. Тогда ее путь будет следующим:

К – С_р2 - R_нúçС_н - ^- С_э – Э.

Незначительная часть протекает по пути:

К – R_к - С_ф - ^- Э.

Данный способ обеспечения смещения с помощью базового делителя R_Б1 и R_Б2 называется питание фиксированным напряжением база-эмиттер.

Существуют другие способы задания режима покоя транзистора. Так, на рис.2 показано питание фиксированным током базы. Недостаток данного включения состоит в следующем. Для этой схемы U_ип – i_бR_б - U_бЭ = 0, откуда при ½U_бэ ½<< U_ип следует, что i_б » U_ип /R_б = const. Однако недостатком полупроводниковой элементной базы является сильная зависимость эксплуатационных параметров от температуры. При изменении температуры сильно изменяется ток базы транзистора, соответственно происходит дрейф точки покоя. Следовательно, такую схему можно использовать только в случае постоянной температуры окружающей среды.

Рис.2. Питание транзистора фиксированным током базы

Рассмотрим сущность термостабилизации точки покоя.

Резистор R_э составляет цепь отрицательной обратной связи (ООС), предназначенную для стабилизации режима покоя транзистора при изменении его температуры. Действие обратной связи объясняется следующим образом. Известно, что ток коллектора транзистора равен сумме токов эмиттера и базы

I_к=I_б+I_э. (1)

Так как ток эмиттера связан с током базы соотношением

I_э=βI_б, (2)

где β – коэффициент усиления транзистора по току (β составляет 10..100 в зависимости от марки транзистора).

Поскольку ток базы в β раз меньше тока эмиттера, то

I_к I_э. (3)

При увеличении, например, из-за роста температуры тока коллектора покоя I_кп возрастают ток эмиттера покоя I_эп и падение напряжения на резисторе R_э, поскольку U_эп = I_эп R_э. Так как напряжение между базой и землей (база - земля) U_бз фиксировано базовым делителем R₁, R₂ и U_бз = U_бп + U_эп, то с увеличением напряжения U_эп уменьшается напряжение U_бп. Это приводит к призакрыванию транзистора, уменьшению тока базы покоя I_{б п} и, следовательно, снижению тока коллектора покоя I_кп. Тем самым производится компенсация первоначального увеличения тока коллектора покоя.

Включение резистора R_э в цепь эмиттера изменяет работу каскада и при усилении переменного сигнала. Переменный ток эмиттера создает на резисторе R_э падение напряжения u_э= i_э R_э, которое уменьшает усиливаемое напряжение, подводимое к базе транзистора, ведь u_бэ = u_вх- u_э. При этом снижается и коэффициент усиления каскада, поскольку действует ООС по переменному току. Для ее исключения резистор R_э шунтируют конденсатором С_э достаточно большой емкости. Поскольку реактивное сопротивление конденсатора на частотах сигнала конденсатора мало, то переменный ток протекает по нему и не создает падения напряжения на резисторе R_э.