Схемы с характеристикой n-вида

Управляемая напряжением схема последовательного включения транзисторов. Двухполюсник рис. 3.7 обладает JV-образной характе­ристикой. При нулевом входном напряжении транзистор VT1 закрыт, а второй транзистор открыт источником напряжения. В цепи базы транзисторы VT2 течет ток. определяемый резисторами R2 и R3. При увеличении входного напряжения начинает протекать ток_г кото­рый проходит через резистор R4 и транзистор VT2. Дальнейшее увеличение входного напряжения открывает транзистор VT1. С от­крыванием транзистора VT1 закрывается транзистор VT2. В резуль­тате входной ток уменьшается.

Схема с параллельным включением транзисторов. При входном напряжении меньше 2 В (рис. 3.8) открыт транзистор VT1. Через него протекает ток, который определяется резистором R1. При вход­ном напряжении больше 2 В открывается транзистор VT2. который уменьшает напряжение на базе транзистора VTJ и тем самым умень­шает ток, протекающий через него. При напряжении на входе более 9 В транзистор VT2 находится в насыщении. Ток в схеме опреде­ляется резисторами R3 и R4.

Схема усилителя постоянного тока. При малых напряжениях на входе (рис. 3.9) транзистор VT1 закрыт. Входное напряжение пол­ностью приложена к базе транзистора VT2. Через этот транзистор протекает ток I _э =U_вx/R₅. С увеличением напряжения ток увеличи­вается почти пропорционально входному напряжению. Когда входное напряжение достигает 4 В, начинает открываться транзистор VT1. Коллекторный ток этого транзистора уменьшает напряжение в базо­вой цепи транзистора VT1, и входной ток уменьшается. Уменьшение тока наблюдается до тех пор, пока транзистор VT1 находится в ли­нейном режиме. При напряжении на входе 9 В VT1 переходит в ре­жим насыщения. Дальнейшее увеличение тока определяется общим активным сопротивлением всей схемы.

Рис. 3.7

Рис. 3.8

Лямбда-диод. Устройство (рис. 3.10) состоит из двух полевых транзисторов разной проводимости. Транзистор VT1 имеет канал типа n, а транзистор VT2 — типа р. При нулевом напряжении на затворе,,оба транзистора проводят. В схеме они включены в цепь ООС последовательно по отношению один к другому. Можно счи- тать, что в исток транзистора VT1 включено переменное сопротивле­ние. Протекающий через транзистор VT1 ток создает на транзисторе VT2 падение напряжения, закрывающее транзистор VT1. В свою очередь сопротивление транзистора VT2 меняется ,в зависимости от падения напряжения-на транзисторе VT1. Таким образом, с увеличе­нием протекающего тока транзисторы стремятся закрыться. Когда падение напряжения на транзисторах достигнет уровня отсечки, про­текающий ток будет близок к нулю.

На графике рис. 3.10, а показаны характеристики для двух тран­зисторов, которые отличаются напряжением .отсечки. Для транзисто­ра КП103К напряжение отсечки равно 4 В, а для КП103Л — б В. У транзистора КПЗОЗ напряжение отсечки составляет 8 В. Для изменения наклона отрицательного участка характеристики можно включить между истоками транзисторов резистор. Семейство вольт-амперных характеристик можно реализовать при включении вместо постоянного резистора полевого-транзистора (показано на схеме и графике рис. 3.10,6).

Схема с вольт-амперной характеристикой, управляемой током. Приведенная на рис. 3.11 схема позволяет получить управляемое отрицательное сопротивление. Управление осуществляется по базе транзистора VT1. Коллекторный ток транзистора VT1 зависит от базового тока смещения. Резистор R совместно с транзисторами VT2 я VT3 управляют базовым током. При увеличении напряжения на коллекторе транзистора VT1 увеличивается ток, протекающий через цезистор R. Этот ток поступает в базу транзистора VT2. Коллектор­ный ток транзистора VT2 уменьшает базовый ток транзистора VT1. С уменьшением сопротивления резистора R скорость уменьшения коллекторного тока транзистора VT1 возрастает, что видно при срав­нении графиков на рис. 3.11,6 и в.

Рис. 3.9

Рис. 3.10

Схема с ООС. Устройство, схема которого приведена на рис. 3.12, имеет N-образную вольт-амперную характеристику. Воз­растающий участок этой характеристики формируется транзистором VT1. При напряжении на входе меньше 3 В транзистор VT1 нахо­дится в открытом состоянии. По мере увеличения напряжения на входе транзистор VT2 переходит в проводящее состояние, что вызы­вает уменьшение напряжения на его коллекторе. Транзистор VT1 закрывается. Когда оба транзистора в проводящем состоянии, фор­мируется участок характеристики с отрицательным сопротивлением (рис. 3.12,6).

Схема с ограничителем тока. При входном напряжении (рис. 3.13) меньше 1 В транзистор VT2 находится в открытом со­стоянии. Через него протекает максимальный ток, определяемый вы­ражением Eh_21Э/(R₁+R₂), где h_21Э2 — коэффициент передачи тран­зистора VT2. Когда напряжение, достигнет значения, необходимого для открывания транзистора VT1, транзистор VT2 закрывается. На вольт-амперной характеристике образуется падающий участок. При напряжении на входе 1»5 В транзистор VT1 полностью откроется и весь ток схемы определится сопротивлениями резисторов R1 и R2. Если включить параллельно транзистору стабилитрон с напряжением стабилизации 4,5 В, те при входном напряжении 4,5 В ток резко воз­растет.

Рис. 3.11

Рис. 3.12

Рис. 3.13

Рис. 3.14

Рис. 3.15

Схема на ОУ. Операционный усилитель с ПОС (рис. 3.14) через резистор R1 обладает участком с отрицательным дифференциальным сопротивлением r=R1R2/R3. На этом участке соблюдается хорошая линейность. Размах участка определяется напряжением насыще­ния ОУ.

Комбинированная схема. В исходном состоянии, когда входное напряжение схемы (рис. 3.15) минимально, полевой транзистор об­ладает максимальной проводимостью. С увеличением напряжения Uп на выходе ОУ образуется напряжение, которое стремится закрыть транзистор. По достижении напряжения отсечки полевой транзистор полностью закрывается. Весь ток входной цепи будет течь через ре­зисторы R1 и R2. Момент закрывания полевого транзистора можно регулировать напряжением по неинвертирующему входу ОУ. Кроме того, если увеличить отношение сопротивлений резисторов R?IRi, то можно уменьшить входное напряжение, при котором транзистор за­кроется. Для защиты полевого транзистора от больших положитель­ных управляющих напряжений служит цепочка R3, VD,

Глава 4

УСИЛИТЕЛИ

Область использования усилителей обширна. Многообразие назначения усилителей порождает различия в требованиях, которым они должны отвечать. В связи с этим они могут различаться между собой как по числу активных элементов, так и по конструкции. Уси­лители являются составной частью почти любого прибора. В любом устройстве прежде чем вести обработку сигналов, поступающих с датчиков, необходимо усилить эти сигналы. К усилителям предъяв­ляются самые разнообразные требования: широкие пределы коэффи­циента передачи (от 1 до 10⁶), возможно меньший уровень шумов, возможно большее входное сопротивление, малое потребление тока, необходимая частотная полоса пропусканий, устойчивая работа в раз­личных климатических условиях. В одном усилителе совместить все эти требования практически невозможно. Для решения подобных вопросов применяют различные виды усилителей. Все усилители можно разбить на четыре группы: усилители звукового диапазона частот, селективные, широкополосные и гальванометрические усили­тели. Поскольку граница разделения является чисто условной, то один вид усилителей можно с успехом применять для разных целей. Каждая группа усилителей удовлетворяет лишь отдельным перечис­ленным требованиям.

1. В усилителях звукового диапазона частот основное внимание уделяется формированию необходимой частотной характеристики. Эти усилители,перекрывают широкую область частот от 20 Гц до 20 кГц. Они должны обладать низким уровнем шумов -и большой чувствительностью. Усилителям этого диапазона частот уделяется большое внимание в технике записи и воспроизведения звука, для усиления сигналов от различных магнитных и пьезоэлектрических датчиков. Здесь могут применяться усилители с непосредственной связью и с малым уровнем шумов.

2. Селективные усилители применяют в промышленных системах обработки информации, .когда необходимо из широкого спектра час­тот входного сигнала выделить составляющие, несущие информацию. Селективные усилители должны обеспечивать постоянство частотных и фазовых характеристик выделяемого сигнала, возможность регули­ровки коэффициента передачи и выделяемой полосы частот, устойчи­вую работу при больших коэффициентах усиления. Для регулировки коэффициента усиления применяют диоды и полевые транзисторы.

3. Широкополосные усилители являются входными каскадами устройств широкого назначения. В функции широкополосных усили­телей входит ограничение шума, поступающего с антенны или датчи­ка, с целью увеличения отношения сигнал-шум.

4. Гальванометрические усилители предназначены для измерения малых постоянных или медленно меняющихся токов. Их применяют для усиления малых сигналов и потенциалов различных датчиков, имеющих большое выходное сопротивление. Создать усилители с большим входным сопротивлением на биполярных транзисторах путем введения ООС в широком диапазоне частот практически не­возможно. По этой причине почти все практические схемы гальвано­метрических усилителей имеют входные каскады с полевыми транзи­сторами. В этом случае сравнительно просто получить большое вход­ное сопротивление и низкий уровень шумов.

Схемы включения ОУ, которые используются в устройствах, по­казаны в гл. 1.