Материал: Ответы

При выполнении на какой либо частоте условия (2) в усилителе возникают колебания, не зависящие от наличия сигнала на входе. Появление этих колебаний обусловлено тем, что энергия с выхода, поступающая по цепям ОС на вход, компенсирует потери сигнала в цепях и в усилителе устанавливаются стационарные автоколебания при любом, даже очень небольшом воздействии(например, от флуктуаций теплового шума источника сигнала, шумов усилительных элементов, флуктуаций напряжения источника питания и т.п.). Собственные колебания в усилителе либо сильно искажают полезный сигнал, либо значительно ухудшают основные технические показатели усилителя, либо (наиболее часто) просто подавляют полезный сигнал. Поэтому возникновение генерации(автоколебаний) в усилителе недопустимо. Все паразитные ОС, вызывающие самовозбуждение усилителя, должны быть устранены, и поэтому будем считать при последующем анализе, что они отсутствуют.

Для улучшения технических показателей в усилители вводят, как правило, отрицательную ОС (ООС). Все усилительные каскады на краях рабочего диапазона частот и особенно за его пределами создают фазовые сдвиги, которые определяют фазовые сдвиги петлевого усилителя. Дополнительные фазовые сдвиги, например, могут возникать в транзисторах, трансформаторах, цепях ОС. В результате вводимая ОС, которая в рабочем диапазоне частот являются отрицательной, за его пределами может превратиться в положительную. Это приведет к самовозбуждению усилителя, если для какой-либо частоты будут выполняться условия (2). Поэтому анализ и обеспечение устойчивости усилителя являются одной из важнейших задач при проектировании усилителей с ОС.

Очевидно, что усилитель будет устойчивым, если условия (2) не выполнятся ни на одной частоте. Эти условия непосредственно вытекают из критерия устойчивости систем с ОС, предположенного Найквистом. Критерий Найквиста является более общим, чем условия (2), наиболее удобным для электронных усилителей и наиболее близким к условию к условию (2). С его помощью сравнительно легко определить устойчивость, проводить ее экспериментальную оценку, определять пути ее обеспечения.

Математический анализ критерия Найквиста довольно сложен. Применительно к усилителям он может быть сформулирован следующим образом: усилитель, устойчивый при разомкнутой петле ОС, будет устойчивым и при замкнутой петле ОС, если годограф (годографом называют кривую, по которой проходит на комплексной плоскости конец вектора Т при изменении f от нуля до бесконечности) вектора петлевого усилителя Т не охватывает точку с координатами -1;0 при изменении частоты от нуля до бесконечности. Таким образом, годограф одновременно учитывает зависимость от частоты модуля и аргумента Т. Наряду с годографом широко пользуется частотным методом оценки устойчивости, который является разновидностью критерия Найквиста. По этому методу совместно рассматривают раздельно построенные логарифмическую АЧХ (ЛАЧХ) и ФЧХ усилителя, а иногда для отдельных видов усилителей только ЛАЧХ. В последнем случае ФЧХ приближенно аппроксимируют, используя связь ФЧХ с АЧХ. Показатели усилителя изменяются и при его эксплуатации, и от экземпляра к экземпляру (из-за производственного разброса параметров элементов и в ходе технологического цикла изготовления интегральных усилителей). Отсюда меняются в некоторых пределах АЧХ и ФЧХ, а следовательно, и годограф усилителя. Для надежного обеспечения устойчивости годограф вектора Т должен проходить на некотором расстоянии от критической точки —1; 0. Поэтому вводят запасы устойчивости х по модулю Т и по аргументу . Запас по модулю х = -20 lg Т, где Т — модуль Т на

частоте, для которой == ±pi или = 180° - . Запасом по фазе называют угол, дополняющий до pi на частоте, при которой Т = 1 или Т = х. При анализе устойчивости усилителей с ОС обычно принимают запас по модулю хдБ = 3n, а

запас по фазе = 10°п, где п — число каскадов в усилителе. При этом рассматриваются частоты, в среднем на две декады (в 100 раз) превышающие граничные частоты рабочего диапазона усилителя.

12. Цепи питания усилительных элементов.

Чтобы получить необходимые технические параметры или характеристики усилителя, выбирают и обеспечивают положение точки покоя по какой-либо характеристике. Обычно по сквозной или проходной.

Однако, со временем, положение т. Покоя на характеристиках не остаѐтся постоянной. Еѐ нестабильность обычно оценивают о нестабильности тока выходного электрода усилительного элемента.

Нестабильность положения т. Покоя приводит к изменению параметров усилительного элемента => всего усилителя в целом. С целью предотвращения искажения сигнала тепловой неустойчивости и нестабильности параметров усилителя принимают спец. меры для стабилизации положения точки покоя усилительного элемента. Существуют стабилизированные и нестабилизированные цепи питания.

схема 1 Эта схема с фиксированным током базы. Однако еѐ можно применять в узком диапазоне температур и при

индивидуальной подборке R базы.

схема 2 Эта схема с фиксированным напряжением База-Эммитер.

Ток коллектора оказывается более стабильным, но при этом имеет место большое энергопотребление.

Для улучшения стабилизации тока коллектора в точке покоя, при питании биполярного транзистора от одного источника постоянного тока, широко используют с отрицательной обратной связью (ООС) по постоянному току.

Схема с коллекторной стабилизацией:

схема 3 В этой схеме действует параллельная ООС по напряжению для постоянного тока.

Схема с эмиттерной стабилизацией:

схема 4 В этой схеме действует последовательная ООС по току, которая существенно стабилизирует выходной ток коллектора.

Механизм стабилизации тока коллектора в точке покоя за счѐт ОС состоит в следующем:

При росте температуры растѐт и ток коллектора, т.к. ток эмиттера равен сумме токов коллектора и базы. И это приводит к росту напряжения на сопротивлении эмиттера Rэ.

Обычно UR2 = Iд R2=const, где Iд – ток делителя.

Поэтому рост напряжения на сопротивлении эмиттера Rэ сопровождается спадом напряжения на сопротивлении базы Rб. Это и препятствует росту току коллектора.

Очевидно, что чем больше Rэ, тем сильнее действие ООС, т.е. больше еѐ глубина и стабильнее ток коллектора. Недостаток схемы – повышение потребления тока и ухудшение КПД каскада при высокой стабильности. Поэтому часто применяют следующую, комбинированную схему стабилизации. Она часто получается автоматически при использовании в цепях питания многофункциональных цепочек Сф и Rф. Здесь образуется 2 петли ООС:

1– за счѐт Rэ, последовательная по току.

2– за счѐт Rф и R1, параллельная по напряжению.

Так же стабилизация осуществляется с помощью генератора стабильного тока (ГСТ) В нѐм осуществляется стабилизация тока коллектора в т. покоя не только с помощью ООС в одном каскаде, но и с использованием межкаскадной ООС по постоянному току:

(схема 2, фото номер 20)

В ней 3 ветви ООС по постоянному току:

1 – местная, последовательная по току за счѐт Rэ1

2 – местная, последовательная по току за счѐт Rэ2

3 – параллельная ООС по току, обусловленное Rсвяааааааази Механизм работы схемы:

Uбэ2 действует между базой и эмиттером 2-го транзистора и имеет такую полярность, что его рост открывает транзистор VT1, а уменьшение – закрывает.

Если из-за роста температуры Ik2 возрастает, то это приводит к росту URэ2. VT1 открывается, IК1 увеличивается, URэ1 уменьшается => UБЭ2 уменьшается.

В результате IБ2 ,будет уменьшаться, препятствуя росту IК2.

13. Нестабилизированные и стабилизированные цепи смещения. Стабилизация режима работы транзисторов с помощью ООС.

Нестабилизированная – цепь, которая обеспечивает требуемое напряжение смещения и его полярность. 1.Схема со смещенным фиксированным током базы.

Rб выбирают во много раз больше,

Чем R, через который течет ток Iко.

Iб0 = (Е-Uбэ0)/Rб ; E>>Uбэ0 , следовательно Iб0= Е/Rб – не зависит от параметров транзистора. Так как Iб0 и Uбэ0 связаны между собой, то для обеспечения требуемого смещения нужно правильно выбирать значение Е и Rб. 2.Схема со смещенным фиксированным напряжением Uбэ0.

Uбэ0 обеспем. с полож. Делит. Напряжения R1 и R2

Iэ0 = Iк0 + Iб0

Iдл :

E = Iдл* R1 + Iдл*R2+Iб0*R1 Iдл >> Iб0

Iдл = E/(R1+R2) следовательно Uбэ0 = Iдл*R2 = Е *(R2/(R1+R2))

Где Iдл – ток делителя.

Чем больше ток делителя по сравнению с Iб0 тем меньше Uбэ0 зависит от параметров транзистора. Причины нестабильности:

Статические характеристики тр-в могут отличаться, т.к. : технологический разброс параметров, сильная зависимость от температуры Iк0 = h21э (Iб0 + Iкб0), h21э - статический коэф усиления по току в схеме с общим эмиттером. Iкб0 – обратный ток кол-ра (ток нн).

Стабилизированные – цепи, которые обеспечивают требуемое напряжение смещения, его полярность, но помимо этого удерживают положительные точки покоя в необхимых пределах при воздействии дестабилизирующих факторов. 1.Цепь смещения с ООС.

Сущ. 2 вида: эмиттерной и колекторной стабилизации. Цепь колекторной стабилизации:

При таком включении ввод. ООС которая снимает с транзистора (кол-ра). На R1 не все Uип, а раз-ть: U(R1)=E-Ur-Uбэ0

Ur=(Ik0+Iб0)*R следовательно Iб0=(E-Uбэ0)/(R1+R)

Если Ik0 увелич. То Ur увелич При U=E=const, U(R1) уменьш, Iб0 уменьшается, что приводит к Iк0 уменьш. Преимущество:

1)простота и экономичность. Недостатки:

1)увелич. Е (требуеться), Ik0*R >= 0.5 E (нормал работа схемы) Е=Uкэо+(Iб0+Ik0)*R следовательно при увелич R будет увелич Е.

2) наличие нежелательной ООС по переменному току через R1 уменьш. Zвх и усил-е каскада. Схема с эммитерной стабилизации:

Стабилизация обеспечивается за счет Rэ по пост току, при этом на Rэ выделяется Uос стабилизирующее положение рабочей точки.

14.стабилизация режима работы транзисторов в многокаскадных усилителях с непосредственной связью. Явление дрейфа нуля.