Жалпы негізбен күшейткіш каскадтар

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 12 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе

Каскад - радиотехникада активті элементтен және оның тиісті жұмыс режімін қамтамасыз ететін ең аз элементтерден тұратын түйін.

Құрамындағы элементтер түріне қарай бөлінеді:

каскадтар резисторлы,
трансформаторлы,
дроссельді каскадтар.

Күшейткіш элементтер түріне қарай:

Бір тактілі каскад - бір күшейткіш элементтен тұратын және шығысынан бір полярлы кернеу алынатын күшейту каскады.

Eкі тактілі каскад - екі күшейткіш элементтен тұратын және шығысындағы ортақ шығыс нүктесімен салыстырғанда екі полярлы кернеу және шамалары жағынан өзара тең, ал бағыттары бойынша бір-біріне қарамақарсы екі ток алуға болатын каскад.

Екі тактілі каскадтың күшейткіш элементтер енгізілетін тақ гармоникаларды, ток көзінен енетін тосқауылдар мен фондарьды, шығыс трансформатор өзегіндегі тұрақты қосымша магниггелулерді залалсыздандыратын қасиеті бар.

Amplifier Circuit Small.png

(1-сурет)

Екі тактілі каскад көбіне трансформатор арқылы жасалады, бірақ ондай каскадты әр түрлі ауысудағы (р-п-р, п-р-гі) транзисторларды аралас қосу арқылы да алуға болады. Екі тактілі каскадтың кірісі де симметриялы болатындықтан, оның алдындағы каскадтың шығысы симметриялы болуы тиіс. Кірісі симметриялы емес, бірақ шығысы симметриялы каскад инверсиялық каскад деп аталады. Ондай каскад екі тактілі каскад пен бір тактілі каскадтар арасына немесе сигнал көзі мен екі тактілі каскад арасына үйлестіруші каскад ретінде қосылады.

Ал кірісі симметриялы, бірақ шығысы симметриялы емес каскад дифференциалдық каскад деп аталады.

1. Күшейткіш каскадтың динамикалық сипаттамасы

Күшейткіш каскадтың динамикалық сипаттамасы (Динамическая характеристика усилительного каскада) - каскадтың шығыс тізбегінде жүктеме кедергісі болғанда ток пен кернеудің лездік мағыналары арасындағы тәуелділік. Кіріс кернеуінің немесе тогының түрлі мәнін күшейту элементінің шығыс электродтары арасында пайда болатын кернеуге шығыс тогының тәуелділігі жүктеме сызығы деп аталады. Жүктеме сызығы арқылы күшейту элементінің статикалық сипаттамаларында шығыс тізбегіндегі қоректендіру кернеуінің белгілі бір мәніне сәйкес, тыныштық нүктесінің орнын, кіріс тізбегінің тұрақты тогы және ығыстыру кернеуі бойынша шығыс тізбегінің жүктеме кедергісін анықтайды.

Каскад жүктемесі

Каскад жүктемесі (Нагрузка каскада) - кез келген каскадтың шығыс энергиясы берілетін кедергі.

Мысалы, кез келген күшейткіш каскадының кіріс кедергісі алдыңғы каскадтың жүктемесі, сондай-ақ қатты сөйлегіш кедергісі соңғы жүктемесі болып табылады.

Каскадтық күшейткіш

Каскадтық күшейткішi (Каскадный усилитель) - бір каскадқа кіретін екі күшейту элементінен (әдетте, транзисторлардан) тұратын күшейткіш.

Транзисторлар тізбектей, мысалы, бір биполярлық (орістік) транзистор екінші транзистордың коллекторлық (бастау) тізбегіне қосылады. Радиотехникада ішкі шуыл деңгейі төмен, кіріс кедергісі үлкен сызба қажет болғанда қолданылады.

2. Жалпы негізбен күшейткіш каскадтар

Жалпы базасы - биполярлық транзисторлар негізінде электрондық күшейткіштер салу үш типтік схемаларын бірі. Ол ағымдағы пайданың жоғары пайда және электр пайда үшін қалыпты кернеу болмаған сипатталады. Кіріс сигналы эмитент қолданылады және шығыс қоймасынан жойылады. Бұл жағдайда кіріс кедергісі өте аз, және шығыс болып табылады. Кіріс және шығыс фазалары.

$C:\Users\KalaKEN\Desktop\image005.gif$

2- сурет - npn-транзистор негізіндегі жалпы негізбен күшейткіш каскад

Ортақ базасымен тұйықталу ерекшелігі транзисторлық элементтерін жобалау арқылы кірісіне шығу кері байланыс «паразиттік» күшейткіштер үш моделі схемаларын арасында ең төменгі болып табылады. Сондықтан, жалпы базалық тізбек ең жиі, әсіресе, транзисторлар жұмыс жиілік диапазонында жоғарғы шекара маңында жоғары жиілікті күшейткіштің, салу үшін қолданылады.

Жалпы эмиттермен күшейткіш каскадтар

Кезде ортақ эмиттер бар биполярлық транзисторлар жалғанған тізбектерді кіріс сигналы базасына беріледі, және шығыс сигнал коллектор алынады. Қашан шығыс сигналының (кіріс фаза гармоникалық сигнал шығыс 180° ерекшеленеді үшін) кірісіне қатысты өзгереді. Каскад ағымдағы және кернеу екеуі жақсартады. Бұл қосқыш транзисторлық ең қуатын күшейту, сондықтан ең көп таралған алуға мүмкіндік береді. Ортақ базасын немесе ортақ Коллектор схемаларды қарағанда Алайда, мұндай схема сызықты бұрмалау сигнал үлкен. Сонымен қатар, осы схема, күшейткіш сипаттамалары қосу қатты осындай жабдықтау кернеу немесе бөлме температурасына сияқты сыртқы факторлардың әсер етеді. Әдетте, осы факторлардың орнын толтыру үшін теріс кері байланыс қолданылады, бірақ ол пайданы азайтады.

3 - сурет - npn- транзистор негізіндегі жалпы эмиттермен схема бойынша күшейткіш каскад

Биполярлық транзисторлар ток басқарылады. Базалық ағымдағы - ортақ эмитентпен тізбегіндегі. Базалық эмитент кернеу, осылайша іс жүзінде тұрақты болып қалады және жартылай өткізгіш материал байланысты, шамамен 0, 2 шамамен 0, 7 кремний үшін германий, бірақ сахнада ол бақылау кернеу тамақтандырды. каскадының базалық ағымдағы, жинаушы және эмиттер, және басқа да тоқ және кернеу Ом заңы және көпконтурлы тармақталған тізбегі үшін Кирхгоф ережелері пайдаланып есептеуге болады.

Далалық транзисторлардағы күшейткіш каскадтар

Күту режимінде далалық транзистор жұмыс режимі тұрақты ток ағынын Iсп және тиісті су төгетін-көзі кернеуін Uсип қамтамасыз етеді. Бұл режим далалық транзистор Uзип қақпасына бойынша кернеу ығысуы қамтамасыз етеді. Бұл кернеу Резистор R және ағымдағы Iсп (URи = Ісп Rи) өту арқылы қалыптасады және резистор R3 арқылы гальваникалық байланысты салдарынан қақпа қолданылады. Резистор R және қақпасы тартылысы кернеуін қамтамасыз ету, сондай-ақ қосымша Iсп тұрақтандырушы ТТ күшейткіш жұмыс режимін температурасы тұрақтандыру үшін қолданылады.

3. Дифференциалды күшейткіш каскад

Дифференциалды күшейткіш (ДК) екі кіріс кернеулердің айырмасын күшейту үшін арналған. ДК күшейту коэффициентін тұрақтау теріс кері

байланыскөмегімен іске асырылады. Қарапайым дифференциалды күшейткішколлектор тізбектеріндегі жүктеменің транзисторымен резисторынан тұратын екі бірдей иіннен тұрады. Эмиттерлер бір-бірімен және

R _э резисторы арқылы ортақ шинаға қосылған.

ДК аналогты электрониканың операционды күшейткішінің және басқа да құрылғылардың негізгікаскадтарының бірі болып табылады.

4 сурет - Ток белгілеуші резистормен дифференциалды каскад

Каскад абсолютті симметриялы, яғни резисторлар кедергісі және транзисторлар параметрлері бірдей деп санайық. Бұл шарт интегралды схема немесеоныңбөліктері түрінде ДК дайындауда туралықтың жоғары деңгейімен орындалады. Онда бірдей кіріс сигналдарында U ₁ және U ₂ транзисторлар токтары да бірдей болады, ол коллекторлар арасындағы потенциалдар айырмасы нөлге тең дегенді білдіреді. Бұл жағдай, екі кіріс сигналы да

амплитудасы, фазасы бойынша бірдей болғанда, синфазды сигналды

күшейту режимі деп аталады.

Егер екі кіріске де деңгейі бойынша бірдей, бірақ фазасы бойынша әр түрлі сигналдар берсе, онда нәтижесінде бір транзистордың тогы көбейеді, ал екіншісінікісол шамаға азаяды. Мұнда эмиттер тізбегіндегі резистор арқылы өзгермейтін ток өтетін болады. Егер оң өсуді тек бір кірістегі сигнал алса, мысалы, біріншісінде бұл VT1 транзисторының коллекторлың тогының өсуіне әкеледі, содан, R _э резисторы арқылытоктың өсуіне әкеледі. R _э резисторына кернеудің түсуінің көбеюі VT2 транзисторының базасы мен эмиттерінің арасындағы потенциалдар айырмасының азаюынаәкеледі және оның тогы да азаяды, алайда VT2 транзисторының тогының өзгерісі екі транзистордың эмиттербаза кернеулерінің өсуі бірдей. Содан кейбір шамаға кіріс кернеуінің өсуі кезінде эмиттер потенциалы осы шаманың

Жартысына көбейеді. Осыған орай екі транзистор үшін база-эмиттер

кернеулерінің өсуі әр түрлі белгіде бірдей болады. Бұл жағдайда

колекторлар арасындағы потенциалдар айырмасы әр транзистордың коллекторындағы кернеудің өзгерісінің екі еселенген мәніне тең болады. Каскадтың қай кірісіне кернеу бергеніне тәуелсіз транзисторлар токтары бірдей өзгеретіні және кірістер арасында қойылған кернеулер айырмасыныңжартысымен олардың өсуі белгілі. Бұл дифференциалды каскадтың талдауында оның тек бір жартысын қарастыруға негіз береді.

ДК маңызды сипаттамасы каскадтың кірістері арасында берілген дифференциалды кіріс сигналының күшею коэффициентінің неше есе әр кіріс арасында жәнеортақ шинада әсер ететін синфазды сигналдарды күшейту коэффициентінен көп екенін көрсететін синфазды сигналдың басу коэффициенті болып табылады. Талдаубасу коэфициентінің өсуі үшін R _э кедергісін көтеру қажет екенін көрсетеді. Алайда мұнда тұрақта ток қажетті режимін қамтамасыз етупроблемасымен кездесуге тура келеді. қиындықтар орындалуы техникалық мақсатты болатын шамаға дейін қоректендіру кернеуін көтеру қажеттілінде болып отыр. Бұдан басқа R _э резисторында үлкен номинал пайдасыз болады, электр қуатының шашырауы

каскад ПәКн төмендетеді. Осы кемшілікті жою үшін R _э резисторының орнына ток көзінің ролін атқаратын ОЭсхема бойынша транзисторды қосады (4. 2 сурет) . VT3 транзисторыныңшығыс кедергісі коллекторлы өтудің дифференциалды кедергісіне тең болады.

5-сурет - Эмиттер тізбегіндегі токты тұрақтандырғышпен дифференциалды каскад

Идеал дифференциалды каскадта синфазды кіріс сигнал шығыс сигналының пайда болуын орындамайды, шын каскадта үлкен емес шығыс сигналы транзисторлар сипаттамаларының, коллекторлы жүктемелердің кіріс сигналдарының көздерінің ішкі кедергілерінің толық ұқсастығыменшарттады. Жоғары жиіліктер диапазонында каскадтың балансыздануында

маңызды рольді коллекторлы өтулердің сыйымдылықтар атқарады. Олар

жоғары жиіліктер диапазонында синфаздысигналдың күшеюінің өсуінің негізгі себебі болып табылады. ДК жұмысы оның иіндерінің ұқсастығымен негізделетіні микроэлектроникады осы күшейткіштердің атақтылығын түсіндіреді. Элементтері бір-бірінен ондаған микрон және одан аз

қашықтықта орналасатын интегралды схемаларда транзисторлардың

параметрлерінің толық ұқсастығын қамтамасыз етеді. ДК маңызды параметрі күшейту коэффициенті деп аталатын К сигналының дифференциалды құрамының күшейту коэффициенті. Жоғарыда белгіленгендей, ДК

талдауында R _э =0 болғанда ОЭ каскад қарастырылуы мүмкін. ДК күшейту коэффициенті ОЭ каскадынан көп, себебіR _э ≈0. Содан ДК статистикалық режимінің аз тұрақтылығында оның маңызды артықшылығы болып табылатын күшейту коэффициенті жоғары болады. Аз ішкі кедергімен (R _i 1 кОм аз) және үлкен емес жұмыстоктарымен (1 мА аз) сигнал көздері кезінде ДК күшейту коэффициенті мына теңдеумен анықталады:

мұндағы R _k =Rl=R2;
r _э - эмиттердің көлемдік кедергісі;
α - ОБ схемасындағы токты күшейту коэффициенті.

ДК екі кірісіне синфазды құрамының күшету коэффициентін анықтауда бір көзден кіріс сигналы беріледі. Осы шартта синфазды сигналдың күшейту коэффициенті былай

анықталады:

ДК синфазды құрамының басу коэффициенті кіріс сигналының синфазды құрамының шығыс сигналының дифференциалды құрамына әсерін сипаттайды. Тәжірибеде К және К _С арасындағы қатынас бірнеше ондық ретті құрайды. Осы екі шаманың модульдерінің қатынасын децибеллда берілген синфазды құрамның басу коэффициентімен сипаттауға болады:

Синфазды сигналдың кең таралған түрі екі кіріске де бір уақытта бірдей шамамен әсер ететін әр түрлі кедергілер болып табылады. Сондықтан СБК коэффициентінің жоғарылауы - ДК кедергіге тұрақтылығын көтерудің

негізгі жолдарының бірі. СБК коэффициенті ДК асимметриясы

коэффициентімен шектеледі, яғни оның иіндерінің параметрлерінің салыстырмалы шашырауының қосындысымен шектеледі. Бұдан басқа Синфазды құрамның басу коэффициенті R _i , кедергі көбірек болу керек.

re кедергісі тынышталу тогына кері пропорционал болғандықтан кіріс кедергісін көтеру үшін аз токтар режимінде микрорежимде ДК қолдануға болады.

Синфазды құрам үшін кіріс кедергі мына теңдеумен сәйкес R _i тогы көзінің кедергісімен анықталады:

R _i >>r _э болғандықтан R _c R _d көп болады.

ДК динамикалық диапазоны - децибелмен берілген кіріс сигналының

максималды және минималды кернеулердің қатынасымен сипатталады. Минималды сигнал өз шулары деңгейімен, максималды - сызықты емес

бұрмаланулармен шектеледі. Сифазды сигналдар дифференциалдыға қарағанда үлкен амплитудасынан тұрады. әдетте К _с <1, сондықтан синфазды кіріс сигналдары U _cc жақын кернеулергедейін бірнеше вольтты құрайды.

Шын ДК иіндерінің асимметриясы тынышталу режимінде бірдей кіріс кернеулерінде 1, 2 нүктелері арасында потенциалдарының айырмасы болады. Шығыспотенциалдарының балансыздануын жою үшін кіріске U _ығ ығысу кернеуімен дифференциалды сигнал беру керек. Нөлдік ығысу кернеуі

әр қайсысы эмиттерліктоктардың, коллекторлық кедергілер және басқаларының шашырауына тәуелді бірнеше буыннан тұрады. Ең маңызды қосу эмитер токтары мен шашырау береді.

Нөлдік ығысу кернеуі температурадан тәуелділігін белгілеу қажет. Бұл тәуелділік мкВ/°С өлшенетін температуралық сезімталдықпен сипатталады. Температуралық сезімталдық ығысу кернеуінің азаюымен азаяды. Коллекторлы потенциалдардың бастапқы баланссыздануынан басқа кіріс токтарының бастапқы баланссыздануы да орын алады. Бұл параметр ығысу тогы немесе кіріс токтарының айырмасы деп аталады. Кіріс токтары

айырмасының әсері кіріс тогы көзінің ішкі кедергісі арқылы өтетін ығысу тогы онда ығысу кернеуінің пайда болуына салмақты кернеудің түсуін

құрады. Мысалы, егер кіріс токтарының айырмасы 20 нА және R _i =100 кОм болса, кіріс токтарымен құралатын ығысу кернеуіU _см =2 мВ болады.

4. Күшейткіш каскадтардың жұмыс режимдері

Күшейткіш каскадтар бірнеше түрлі режимдерде жұмыс істеуі мүмкін: А кластық режим; В кластық режим; С кластық режим; D класстық кілттік режим. Аталған класстық режимдер «тұрақты ток» бойынша жұмыс нүктесін таңдап алумен ажыратылады. А класстық режимде транзистордың кіріс және шығыс тізбектеріндегі ток транзситрдың бүкіл жұмыс уақытында кірісте пайдалы айнымалы сигналдың бар-жоғына тәуелсіз, біршама қоры бар мәнде жүреді. В класстық режим анағұрлым үнемді болып табылады. Бұл режим қуатты күшейткіш каскадтарға тән. Бұл режимде тыныштық жұмыс нүктесі транзистордың бастапқы жұмыс аймағында - бейсызықтық аймағынан ары болады. Транзситор бұл жағдайда «сәл ғана ашық», сондықтан электр энергиясының шығыны шамалы. Бірақ кіріс тізбегіне синусоидалық сигнал берілсе, 33 суретт көрсетілгендей сигналдың тек жарты толқыны (мысалы оң мәнді) ғана күшейеді, ал екінші жарты толқын кесілу аймағына түсіп қалады.