Биполярлық транзистордағы күшейткіш каскадтар

Каскадтың статикалық реті. Күшейткіштің жұмыс тәртібі. Тыныштық нүктесі.Статикалық жағдайда (тыныштық күйде), жұмыс нүктесі тыныштық коллектор тогымен I_к0 және коллектор кернеуімен U_кб0 немесе U_кэ0 сипатталады. Бұл мәндер статикалық жүктеме тізбегі теңдеуімен байланысты: U_кэ0 = U_п – I_к0R_к

Айнымалы ток (яғни сигнал) үшін конденсатордың реактивті кедергілері С1 және С2 аз, сондықтан жүктеме және коллектор кедергілері параллель қосылған: R_к.н. = R_к.|| R_н

Сурет 10.1. ОЭ схемамен тобтың шығыс сипаттамалары

Коллектор тогының аутқуы және коллектор кернеуі U_кб (U_кэ) өсіне үлкен бұрыш жасап тұрған тыныштық нүктесі арқылы өтетін динамикалық жүктеме тізбегіменбайланысты:

Жұмыс нүктесінің есептеуі. Каскадтың жалпыланған схемасын қарастырайық:

Сурет 10.2 Күшейткіш каскадтың жалпыланған схемасы

Е_б–Е_э контуры үшін теңдеу құрайық:

Е_б+Е_э-U_бэ = I_бR_б+I_кR_э+I_бR_э

Осыдан

Белгілеу енгізейік g_б=R_э/(R_б+R_э) – Базадағы тізбектің ток үлестіру коэффициенті.

Коллектор тогын мына формуламен анықтаймыз:

I_к = bI_б + (b+1)I_кб.0

Жұмыс нүктесінің тұрақтылығы. Жұмыс нүктесінің тұрақтылығы – транзисторлық каскадтарды жобалау кезіндегі маңызда мақсат. (I_к.0 и U_к.э.0) тыныштық нүктесінің ығысуы кезінде транзистордың дифференциалдық көрсеткіші өзгереді, бұл кезде сызықты емес бұрмаланулар пайда болуы мүмкін. I_к. тогының тұрақсыздығының негізгі себептері: I_к.б0 жылулық тогының температуралық өзгерісі, эмиттерлік өткелдегі кернеу U_б.э және ток берілуінің интегралдық коэффициенті b (немесе a).

Жұмыс нүктесінің термотұрақтылығы. Тыныштық күйдегі нүктеге температураның төмендеуге әсер ету үшін кері теріс байланыс қолданылады: ток арқылы, кернеу арқылы, бірлестіру арқылы.

Бұл жағдайда КТБ жою үшін айнымалы ток арқылы немесе кернеу арқылы арнайы шама- конденсаторлармен оқшаулау қолданылады.

.

Сурет 10.3. Ток бойынша КТБ арқылы тыныштық күйдегі нүктенің тұрақтандыру схемасы

Коллектор тогының I_к көбеюімен (азаюымен), демек I_э, және эмиттер потенциалы U_э.0, өседі (кемиді), сондықтан кернеу U_бэ = U_б.0 – U_э.0, азаяды (көбейеді), өйткені база потенциалы U_б.0 кернеу айырғышпен бекітілген R_б1, R_б2. Нәтижесінде тыныштық күйдегі ток I_к.0 аз дәрежеде өзгереді. R_э көп болған сайын және айырғыш мәні неғұрлым база тізбегінде аз болса, соғұрлым каскад тұрақты болады. Берілген схема күшейткіш каскадты ОЭ және ОБ схемаларымен құрастыруға мүмкіндік береді. Айнымалы токтан ТКБ-н блокираторлық конденсатор С_э (бірінші схемада) бойынша жояды.

Айнымалы токта ОЭ-мен күшейткіш каскадтын жұмысын анализ жасау.ОЭ схеманы қарастырайық, кең колданбалы дискретті компонентті құрылғыдан.

Сурет 10.4. ОЭ-мен күшейткіш каскадтын схемасы

Конденсатор С1 сигнал көзін тұрақты токта оқшалайды және оны айнымалы токта кіріс каскадымен біріктіреді. Конденсатор С2 – шығыс каскадына және жүктемеге де сол сияқты.

С_э- R_э резисторды шунталайды және сигнал жиілігінде ТКБ-ны жояды.

Орталық жиілікте каскад жұмысына талдау жасау. Биполярлық транзистор - басқарылатын ток көзі. Сигнал көзі – Э.Қ.К. генераторы. С1 және С2 бөлінетің және С_Э блокираторлық конденсаторлар (сондықтан Х_С1»0, Х_С2»0, Х_Сэ»0) әсерімен ескереміз, С_Н жүктеме паразиттік сыйымдылығы және С^*_к коллекторлық тізбектегі және де h_21э=b₀ ток беру коэфициенттің заттық шама деп есептейміз

Жүктемеден күшейткіш коэффициентін табамыз

.

мұндағы R_к.н.=R_к||R_н - R_к және R_н параллельді тізбекті қысқаша үшін белгілеу. R_вх.т.оэ =h_11э – транзистордың кіріс кедергісі.

R_вых.т - U_вх=0 (немесе U_г=0) – де транзистордың шығыс кедергісі.

Транзистордың кіріс кедергісінмына транзистордың физикалық модель параметрін қолданып табамыз. Каскадтың кіріс кедергісіR_вх=h_11э||R_бкіші болады.U_кір=0; R_к.н.=µ -де R_шығ.т=U₂/I₂ транзистордың шығыс кедергісі.

I₂=(U₂/r^*_к.диф.) – h_21эI_б; өз кезегімен, , мұндағы g_б – тоқтағы ішкі кері байланыс коэффициенті. Осыдан R_вых.т= r^*_к.диф(1+h_21эg_б). Транзистордың шығыс кедергісі кіріс тізбегінде, R_r кедергі көзінің сигналына тәуелді. Кірістегі бос жүріс режимінде, яғни R_r®¥ g_б®0 R_вых.т®r^*_к.диф. Кірісте қысқаша (замыкания) режимінде, яғни R_r=0 g_б» 0.1. R_шығ.т»5^*_к.диф. Егер күшейткіштін шығыс кедергісін айтсақ, онда оған R_к: R_шығ=R_шығ.т||R_к апарамыз. Егер R_шығт>>R_к, онда R_шығ»R_к .

Токтағы күшейткіш коэффициентіK_io=I_н/I_r=R_rh_21эшығх/(R_r+R_шығх)(R_шығ+R_н) Кіріс тізбегінде R_r/(R_r+R_кір) көбейткіш токтың жоғалғыштығын есептейді, ал екіншісі R_шығ/(R_шығ+R_кір)- шығыс тізбегінде. K_io<h_21э коэффициенті және қысқаша (замыкания) режимінде кірісте R_кір®0 және шығыста R_н®0 максимумге жетеді.

Төменгі жиілік облысындағы каскадтын жұмысы. Бөлінетің және блокираторлық конденсатордың реактивтік кедергісі кіріс сигналының (колебаний) жиілігінің төмендеуінен өседі.

С1,R_кір және С2,R_ж тізбектері кернеу бөлгіштерін жасайды, ал Сэh_11б тізбегі тоқтан ТКБ элемент жасайды.

Сурет 10.5. RC – тізбектері

Бұл тізбектер күшейту коэффициенттің азайтады, ал сонымен қатар қозу жаққа қосымша кернеудің фазалық жылжуын тудырады. Осы үш тізбектердің әрекеттерін бір эквивалентті тізбекпен тұрақты уақыттымен төменгі жиілік аудандарында ауыстыруға болады.

t_н: 1/t_н=1/t_н.кір+1/t_н.э+1/t_н.шығ. Төменгі жиіліктегі күшейту коэффициентті K(jw)= K_uo/(1+1/jwt_н).

Төменгі жиіліктегі ауданда каскадтың АЖС. M_н(w)=. Қосымша фаза жылжуының жиіліктен тәуелділігі Dj_н(w)=arctg (1/wt_н)

Төменгі шекаралық жиілік, қайсыған күшейткіш Ö2 рет түседі, w_н=1/t_н, ал қосымша фазалық жылжу Dj_н(w_н)=p/4 При w®0 K_uн®0 , жылжу Dj_н®p/2 Сонымен қатар, берілген жиілікті w_н қамтамасыз ету үшін, таңдау керек t_н=1/w_н. Төменгі жиілік ауданында күшейткіштің жолағын кеңейту сыйымдылықты көбейту есебімен іске асырылады С1, С2, С_э. С_э сыйымдылығы кіші кедергіні шунтайды (r_э.диф+(r_б+R_r)/(h_21э+1)) || R_э сондықтан С_э шамасы едәуір көп болу керек С1 және С2.

Жоғарғы жиілік ауданында каскадтын жұмысы.Сигнал жиілігін көтерген сайын коэффициенттің өзгеруіне әсер етеді h_21э(jw)=b₀/(1+jwt_b) және транзистордың шығыс сыйымдылығы мен жүктеме сыйымдылығының шунтық әрекеті, олар жүктеменің комплексті кедергісің азайтады:

.

Бұл екі факторға әкеледі:

· U_шығ азайтуға, яғни жоғарғы жиіліктегі күшейту коэффициенті;

· Шығыс кернеудің қосымша фаза жылжуына токтың кешігу I_к жағына карай I_б токтан кешігеді, U_шығ кешігеді I_к.қатысты

Жоғарғы жиіліктерде h_21э өзгеруінен транзистордың кіріс кедергісі азаяды, сонымен қатар ол комплексті сипаттама алады: Z_кір.т=g_б+(b₀/(1+jwt_b)+1)r_э.диф. Жиіліктің өсуімен w_B®¥ K_uB®0 , ал Dj _B(w)® – p/2 Үстінгі шекаралық жиілік w_B=1/t_В транзистордың параметрлеріне тәуелді (t_b=1/2pf_b=(h_21Э+1)/2pf _h21Э; C_k; r_б ), оның режиміне е (r_э.диф , т.е. g_б) және жүктеме параметрлеріне (С_н, R_н ). Аса үлкен жиілікті транзистор (f _h21Э жоғарғымен ) үлкен үстінгі шекаралық жиілікті қамтамасыз етеді f_B.

Дәріс тақырыбы.