Стабилизация режима работы усилителя
Причины нестабильной работы:
1. Нестабильность напряжения источника питания (ИП).
2. Разброс параметров транзистора (при смене транзистора трудно подобрать два одинаковых по своим параметрам транзистора).
3. Старение элементов.
4. Главная причина – изменение температуры окружающей среды.
Эмиттерная стабилизация
Стабилизирующим элементом в этой схеме является резистор .
Принцип работы:
С ростом температуры все токи транзистора увеличиваются, рабочая точка (РТ) смещается вверх по нагрузочной прямой – режим работы усилителя нарушается.
Но с ростом тока эмиттера растет падение напряжения UЭ на резисторе ( ), что приводит к уменьшению напряжения смещения .
2-й закон Кирхгофа для участка цепи:
сonst
(слабо зависит от температуры)
Уменьшение напряжения смещения сопровождается закрыванием транзистора, в результате чего все токи его уменьшаются, т.е. РТ возвращается в исходное состояние – режим стабилизируется.
В схеме действует ООС по току за счет наличия резистора , который относится и к входной и к выходной цепям одновременно, в результате чего часть мощности выходного сигнала поступает на вход схемы. Причем, через этот резистор протекает как постоянный, так и переменный токи, т.е. действует ООС как по постоянному, так и по переменному токам.
ООС по постоянному току желательна, т.к. за счет нее происходит стабилизация рабочего режима.
ООС по переменному току нежелательна, т.к. происходит потеря на
резисторе переменного (полезного) напряжения, что ведет к уменьшению коэффициента усиления по напряжению .
Для уменьшения ООС по переменному току параллельно подключают конденсатор большой емкости.
Чтобы переменный ток не протекал через , необходимо выполнение условия: . Если это неравенство выполняется, то тогда переменный ток будет протекать через конденсатор , т.е. нежелательные потери полезного сигнала будут минимальны.
Таким образом, роль блокировочного конденсатора - исключить (уменьшить) ООС по переменному току. Другими словами: блокировочный конденсатор обеспечивает нулевой потенциал эмиттера для переменного тока.
Коллекторная стабилизация
Стабилизирующими элементами в данной схеме являются резисторы . Принцип работы:
С ростом температуры все токи транзистора увеличиваются, рабочая точка (РТ) смещается вверх по нагрузочной прямой – режим работы усилителя нарушается.
Но рост токов и сопровождается ростом падения напряжения на резисторе , что приводит к уменьшению выходного напряжения .
2-й закон Кирхгофа для выходной цепи:
const
В схеме присутствует ООС (за счет наличия ). Т.к. выходное напряжение уменьшилось, то уменьшится и напряжение обратной связи , поскольку оно является частью выходного напряжения, что, в свою очередь, приведет к уменьшению тока : ( ; )
Если один из токов транзистора уменьшается, то автоматически уменьшаются и два других тока (в данном случае ):
;
Таким образом, РТ возвращается в исходное положение – режим работы усилителя стабилизируется.
6.7 Анализ АЧХ ШПУ
Рассмотрим ШПУ с эмиттерной стабилизацией:
- входное сопротивление следующего каскада. Если следующий каскад точно такой же, то .
, где
- паразитная емкость нагрузки;
- выходная емкость данного каскада;
- входная емкость следующего каскада.
АЧХ такого усилителя: КU идеальная АЧХ
КU0
реальная АЧХ
0 f
На средних частотах АЧХ реального и идеального усилителя совпадают, т.е. амплитудно-частотные искажения (АЧИ) отсутствуют. На нижних и верхних частотах наблюдаются завалы АЧХ, говорящие о присутствии АЧИ.
Факторы, оказывающие влияние на АЧХ в области НЧ и ВЧ:
· частотные свойства самого транзистора;
· наличие элементов схемы, обладающих реактивным сопротивлением (в данном случае – это );
· наличие паразитной емкости нагрузки .