Громыко, А.И. Схемотехника аналоговых электронных устройств

4. ЦЕПИ ПИТАНИЯ И ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ РЕЖИМА РАБОТЫ ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ

4.6. Коэффициенты чувствительности



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-91-

( )

3

кб

33

6,2 10

δ 0,1 0, 0056 0,6 %

6,2 10 80 1,3 10

IR

⋅

=− = ≅−

⋅ +⋅⋅

;

( )

кэ

1,3

δ 0,1 0, 092 9, 2 %

6,2

1,3

80

IR=− = ≅−

+

.

Общая нестабильность:

к

10 % 0,6 % 9,21% 0,2 %.SI =−− =

В

ы

в

о

д

ы

1. При анализе термостабильности схемы на биполярном транзисторе

необходимо учитывать температурную зависимость:

обратного тока коллектора;

напряжения на переходе база – эмиттер;

коэффициента передачи тока базы.

2. При анализе термостабильности целесообразно рассматривать тран-

зистор как элемент, не зависящий от температуры, а источники температур-

ной нестабильности

бэ

U

′

∆

,

0

к

I∆

объединить с внешними источниками.

3. Стабильность тока коллектора для различных цепей питания опре-

деляется величиной резисторов

б

R

и

э

R

.

4. Расчет термостабильности производят как с учетом влияния темпе-

ратуры на типовые параметры, так и с учетом их технологического разброса.

5. Для повышения термостабильности используют термокомпенсирую-

щие элементы (диоды, терморезисторы, транзисторы в диодном включении).

6. Наибольшее влияние на температурную нестабильность тока стока

оказывают:

температурная зависимость тока затвора;

температурная зависимость начального тока стока;

температурная зависимость напряжения затвор – исток.

7. Повысить термостабильность в схемах на полевых транзисторах

можно введением обратных связей.



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-92-

5

.

Р

Е

О

С

Т

А

Т

Н

Ы

Й

К

А

С

К

А

Д

Реостатный каскад относится к каскадам предварительного усиления.

Основное назначение каскадов предварительного усиления – повысить уро-

вень входного сигнала. Поэтому основное требование к таким каскадам мак-

симальный коэффициент усиления

u

K

,

i

K

.

Принципиальная схема резистивного каскада представлена на рис. 5.1

,

где

к

R

– сопротивление нагрузки в цепи коллектора каскада на VT2, которое

совместно с

сл сл сл

б б1 б2

//RRR=

образует сопротивление источника сигнала для

VT3;

p

С

– разделительный конденсатор. Разделяет переменную и постоян-

ную составляющие коллекторного тока;

б э э

,,

RCR

– элементы цепи питания

каскада по постоянному току;

фф

, СR

– элементы фильтра в це-

пи питания.

Назначение фильтра:

устраняет паразитную

связь между каскадами через це-

пи питания (развязывание);

сглаживание пульсаций

питающего напряжения;

коррекция характеристик в

области НЧ (больших времен).

ф

R

– элемент стабилизации

режима по постоянному току в

цепи коллектора;

ф

С

устраняет параметри-

ческую ООС по току.

5

.

1

.

П

р

и

н

ц

и

п

д

е

л

е

н

и

я

р

е

о

с

т

а

т

н

о

г

о

у

с

и

л

и

т

е

л

я

н

а

к

а

с

к

а

д

ы

Наибольшее применение

нашли два метода расчета рео-

статного каскада. Эквивалентная

схема каскада для первого метода

расчета представлена на рис. 5.2

,

где

Рис. 5.2. Эквивалентная схема резистивного

каскада усилителя для первого метода расчета

С

р

R

св

R

э

Е

сл

б

R

сл

вх

R

сл

вх

С

Рис. 5.1. Схема принципиальная

электрическая реостатного усилителя

трехкаскадного усилителя

R

ф

С

ф

С

э0

С

р

+Е

R

к сл

R

б2

R

б1

R

к

R

э0

сл

к

R

пр

к

R

сл

б2

R

сл

б1

R

5. РЕОСТАТНЫЙ КАСКАД

5.1. Принцип деления реостатного усилителя на каскады



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-93-

б б1 б2

//

RRR

=

.

По первому методу сигнал от идеального генератора напряжения пода-

ется непосредственно на базу транзистора. Нагрузка транзистора включает

свое сл сл

к б вх

, , R RR

.

Недостаток данного метода в том, что для оценки свойств рассматри-

ваемого каскада необходимо знать входное сопротивление следующего за

ним каскада.

Для второго метода расчета эквивалентная схема представлена на рис. 5.3.

Здесь транзистор предыдущего каскада заменятся эквивалентным гене-

ратором тока и в нагрузку каскада не включается

вх

R

следующего транзисто-

ра. Недостаток этого метода – трудно учесть при расчетах емкость нагрузки и

емкость монтажа. При расчетах транзистор заменяется его эквивалентной

схемой.

5

.

2

.

П

е

р

в

ы

й

м

е

т

о

д

р

а

с

ч

е

т

а

р

е

о

с

т

а

т

н

о

г

о

к

а

с

к

а

д

а

5

.

2

.

1

.

Э

к

в

и

в

а

л

е

н

т

н

а

я

с

х

е

м

а

Составим эквивалентную схему реостатного каскада при условии, что

э

:0R =

, заменив транзистор его П-образной эквивалентной схемой (рис. 5.4).

Здесь

( )

0бэ бк

1СС С К

′′

=++

,

вых вых

,RC

– составляющие выходного сопро-

тивления транзистора;

м1 м2

,CС

– емкости монтажа;

нд нд

,RС

– параметры сопро-

Рис. 5.4. Обобщенная эквивалентная схема реостатного каскада

для случая замены транзистора П-образной эквивалентной

схемой

С

р

R

вых

С

вых

R

св

R

нд

С

нд

С

м2

С

м1

С

0

r

б'б

r

б'э

Е

Рис. 5.3. Эквивалентная схема реостатного каскада усилителя

для второго метода расчета

С

р

R

э

R

вых

I

св

б

R

пр

к

R

св

к

R

сл

г

R

5. РЕОСТАТНЫЙ КАСКАД

5.2. Первый метод расчета реостатного каскада



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-94-

тивления нагрузки оконечного каскада, входного

сопротивления следующего каскада.

Для последующего анализа упростим экви-

валентную схему, представив входной контур в ви-

де параллельного соединения

вх

R

и

0

С

′

(рис. 5.5).

Учитывая

р н м1 м2

,, ,ССС С

выходной контур можно

упростить, объединив

м1 м2 нд вых н

СССС С+++ =

.

Тогда после преобразования эквивалентная схема реостатного каскада при-

мет следующий вид (рис. 5.6

).

Выражение

экв

бб бэ

β1

S

rr

′′

+

=

+

следует из соотношений:

бэ бэ

бб бэ бб бэ

;.

rr

UЕ SU S E

rr rr

′′

′′ ′′

= ⋅=⋅

++

Учитывая, что

бэ

β1

S

r

′

+

=

, получаем:

( )

бэ

б э экв

бэ бб бэ

β1

.

r

SU E ES

rrr

′

′′′

+⋅

⋅=⋅ =⋅

⋅+

Схему (рис. 5.6) можно упростить применительно к различным участкам ра-

бочего диапазона частот.

Рис. 5.6. Электрическая схема реостатного каскада

после преобразования и принятых допусков

R

вых

R

э

С

р

I

св

б

R

пр

к

R

св

к

R

сл

г

R

Рис. 5.5. Входной кон-

тур эквивалентной

схемы, представленной

на рис. 5.4

R

вх

С

0

'

Е

5. РЕОСТАТНЫЙ КАСКАД

5.2. Первый метод расчета реостатного каскада



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-95-

Поскольку

рн

СС

, то можно опреде-

лить область частот, где

Ср

0X →

, а

сн

.X →∞

Тогда данная эквивалентная

схема приобретает вид, справедливый

для области средних частот (рис. 5.7

).

0

С

′

учитывается в предыдущем каскаде

в

вх

R

.

Для области верхних частот со-

противление

н

С

уменьшается и становится соизмеримым с сопротивлением

остальных элементов, емкостное сопротивление

Ср

X

можно не учитывать.

Эквивалентная схема для ВЧ представлена на рис. 5.8.

Для области нижних частот учитываем влияние

Ср

X

, в результате эк-

вивалентная схема приобретает вид (рис. 5.9

).

На нижних частотах сопротивление конденсатора

р

С

увеличивается,

следовательно, с понижением частоты падает коэффициент усиления. Фазо-

вый сдвиг увеличивается с понижением частот и при

ω0=

достигает пре-

дельного значения 90°.

Рис. 5.7. Электрическая схема

реостатного каскада

для средних частот

R

вых

R

нд

S

экв

Е

св

к

R

Рис. 5.8. Электрическая схема реостатного каскада для верхних частот

R

нд

R

вых

S

экв

Е

С

н

св

к

R

Рис. 5.9. Эквивалентная схема реостатного каскада

для области нижних частот

S

экв

Е

R

вых

R

нд

С

р

св

к

R

5. РЕОСТАТНЫЙ КАСКАД

5.2. Первый метод расчета реостатного каскада



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-96-

На высоких частотах сопротивление конденсатора

н

С

уменьшается и

он шунтирует сопротивление

нд

R

, т. е. коэффициент усиления с ростом час-

тоты падает. Предельный фазовый сдвиг при

ω = ∞

равен –90°.

Далее рассмотрим поведение каскада на различных частотах.

5

.

2

.

2

.

С

р

е

д

н

и

е

ч

а

с

т

о

т

ы

Сопротивление нагрузки в данной схеме определяется соотношением:

св

Н экв вых к нд

|| || ;R R RR=

св

Н экв вых к нд

1 1 11

.

R R RR

= ++

Величину выходного напряжения и ко-

эффициента усиления схемы определим

из равенства

вых вх экв Н экв

,U US R=⋅⋅

здесь

вх

,UE=

Рис. 5.11. АЧХ и ФЧХ каскада усилителя

для области верхних частот

φ

f

в

1

0,707

Y

f

в

π

2

−

π

4

−

f

Рис. 5.12. Эквивалентная схема

каскада усилителя для средних частот

R

нд

S

экв

Е

R

вых

св

к

R

Рис. 5.10. АЧХ и ФЧХ каскада усилителя на нижних частотах

f

н

f

н

f

φ

Y

1

0,707

π

2

π

4

5. РЕОСТАТНЫЙ КАСКАД

5.2. Первый метод расчета реостатного каскада



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-97-

вых

экв Н экв

вх

.

u

U

К SR

U

= = ⋅

С учетом замены:

экв

бб бэ

β1

S

rr

′′

+

=

+

и

Н экв

бб бэ

(β 1)

.

u

R

К

rr

′′

+

=

+

Если в эмиттере присутствует резистор обратной связи

э

R

, то выраже-

ние для

н

К

имеет вид

Н экв

бб бэ э

(β 1) .

(β 1)

u

R

К

rrR

′′

= +

++ +

Если каскад реализован на полевом транзисторе:

Н экв

ист

,

1

u

R

КS

SR

=

+⋅

АЧХ усилителя на средних частотах линейна. Рассмотрим поведение

АЧХ, ФЧХ на низких и высоких частотах.

5

.

2

.

3

.

О

б

л

а

с

т

ь

н

и

ж

н

и

х

ч

а

с

т

о

т

Эквивалентная схема работы усилителя в области нижних частот пред-

ставлена на рис. 5.13.

В результате последовательных преобразования полу-

чаем схему дифференцирующей цепи, рис. 5.14

.

вых к

Н экв ХХ экв Н экв Н экв

вых к

; ;.

r

RR

R ESЕR R R

RR

⋅

′ ′′

= = ⋅⋅ =

+

Здесь

Н экв

R

′

– эквивалентное сопротивление каскада усилителя в области

нижних частот

Рис. 5.13. Эквивалентная схема усилительного

каскада в области нижних частот

S

экв

Е

R

нд

R

вых

С

р

св

к

R

5. РЕОСТАТНЫЙ КАСКАД

5.2. Первый метод расчета реостатного каскада



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-98-

Найдем математические зависимости для АЧХ и ФЧХ усилительного

каскада. Выходное напряжение цепи определяется по формуле

pнд

нд

вых ХХ ХХ ХХ

pэн нд

нд

p

ω

,

1

1ω( )

ω

r

jC R

R

UЕ КЕ Е

jCR R

RR

jC

⋅

= ⋅= ⋅ = ⋅

′

++

pнд

вых ХХ

pН экв нд

ω

.

1ω( )

jC R

UЕ

jCR R

⋅

= ⋅

′

++

В области средних частот:

нд

вых ХХ

Н экв нд

.

R

UЕ

RR

= ⋅

′

+

Определим относительный коэффициент усиления:

pнд Н экв нд

вых

0вх

pН экв нд нд

ω

;

1ω( )

jC R R R

КU

Y

КU

jCR R R

′



⋅⋅ +



= = =

′



+ +⋅





pН экв нд

р Н экв нд

ω( )

.

1ω( )

jCR R

Y

jCR R

′

+

=

′

++



Обозначим

н p нд Н экв

τ ( ),CR R

′

= +

тогда

н

ωτ

1+ωτ

j

Y

j

=



.

Получим выражение для АЧХ и ФЧХ:

Рис. 5.14. Схема, поясняющая преобразования источника тока

в источник ЭДС

С

р

R

нд

S

экв

Е

R

экв

С

р

R

г

R

нд

Е

ХХ

5. РЕОСТАТНЫЙ КАСКАД

5.2. Первый метод расчета реостатного каскада



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-99-

( )

2

нн

22

нн

ωτ ωτ

ωτ (1 ωτ )

;

1+ωτ 1+ ωτ

j

jj

Y

+

−

= =



Тогда АЧХ

( ) ( )

( )

42

нн

н

2

н

ωτ ωτ

ωτ

.

1+ωτ

1ωτ

Y

+

= =

+



(5.1)

Учитывая, что

н

1

ω=

τ

, выражение (5.1)

можно представить в виде

2 22 2

н

ω ωω

== .

ω +ω

ω

ω 1+

ω

Y =

 







Окончательно получаем:

АЧХ

2

н

1

.

1

Y

f

=



+







Для ФЧХ

( )

нн

2

н

ωτ 1

arctg arctg arctg ;

ωτ

f



ϕ= = =





н

arctg .

f



ϕ=





Графики АЧХ и ФЧХ представлены на рис. 5.15.

5

.

2

.

4

.

О

б

л

а

с

т

ь

в

ы

с

о

к

и

х

ч

а

с

т

о

т

Общая эквивалентная схема работы усилительного каскада для верхних

частот представлена на рис. 5.16.

В результате несложных преобразований получаем интегрирующую

цепь.

Рис. 5.15. АЧХ и ФЧХ

в области нижних частот

f

н

f

Y



1

0,707

f

н

10f

н

0,1f

н

f

φ

90°

45°

5. РЕОСТАТНЫЙ КАСКАД

5.2. Первый метод расчета реостатного каскада



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-100-

Для этой схемы:

Н экв ХХ экв Н экв

;.

r

RRЕ S ЕR= = ⋅⋅

Тогда

вых ХХ ХХ

Н Н экв

Н

11

.

1ω

1

ω

r

U

ЕЕ

jСR

jС

=⋅=⋅

+⋅



⋅+





Относительный коэффициент усиления определяется соотношением

Н Н экв

1

,

1ω

Y

jСR

=

+⋅



из которого находим выражение для АЧХ и ФЧХ:

( )

в

2

в

1ωτ

,

1ωτ

j

Y

−

=

+



где

в н Н экв

τ.СR= ⋅

Тогда АЧХ

( )

22

в

11

,

1ωτ

1

Y

f

= =

+



+





где

в

1

.

2πτ

f =

ФЧХ

( )

в

ωτ

arctgωτ arctg .

f



ϕ=− =−





(5.2)

Графики АЧХ и ФЧХ усилителя нижних частот

представлены на рис. 5.18.

В выражение (5.2

) для

в н Н экв

τ СR= ⋅

вхо-

Рис. 5.18. АЧХ и ФЧХ

усилительного каскада

на верхних частотах

90°

Y



0,707

f

в

10f

в

0,1f

в

1

φ

45°

Рис. 5.16. Эквивалентная схема

усилительного каскада для области

верхних частот

S

экв

Е

С

н

R

нд

R

ксв

R

вых

Рис. 5.17. Упрощенная

схема усилительного каскада

для верхних частот

С

н

R

г

Е

ХХ

Громыко, А.И. Схемотехника аналоговых электронных устройств

Подождите немного. Документ загружается.