|
Добро пожаловать,
Гость
|
Усилители с общим эмиттером и общим истоком.
06 Янв 2017 17:42 #1
|
Усилители с общим эмиттером и общим истоком.
Усилители с общим эмиттером и общим истоком
Усилители содержат транзисторы, а также такие элементы, как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Пара¬метры используемых элементов (их номиналы и напряжения) зависят от требований, предъявляемых к усилителю, а также от типа применяемых транзисторов. С появлением транзисторов различных типов стали возможны новые конфигурации схем усилителей. В биополярном р — n — р- или n — р — n-транзисторе создаются чередующиеся в определенном порядке области с различным видом проводимости, образующие базу, эмиттер и коллектор. Транзистор называется биполярным, поскольку пе¬ренос зарядов в нем осуществляется как электронами, так и дырками. В полевых же (униполярных) транзисторах заряды переносятся носителями одного вида: либо электронами, либо дырками. Полевые транзисторы (ПТ) имеют три области, на¬зываемые затвором, истоком и стоком, В зависимости от вида используемых носителей различают два типа полевых транзи¬сторов: р- и я-канальные. Разным типам транзисторов соответ¬ствуют различные характеристики, описываемые более подроб¬но в этом разделе. Наиболее распространенная схема построения усилителя на биполярном транзисторе — схема с общим (заземленным) эмит¬тером (ОЭ). Термин «общий эмиттер» указывает на то, что в соответствующей схе¬ме сопротивление между выводом эмиттера и землей для сиг¬нала мало, но из этого не следует, что оно во всех случаях ма¬ло и для постоянного тока. Так, например, в схемах показан¬ных на рис. 1.1, а и б, эмиттеры непосредственно заземлены, а в схеме на рис. 1.1, в между эмиттером и землей включено сопро¬тивление, зашунтированное конденсатором. Поэтому, если ре¬активное сопротивление этого конденсатора для сигнала мало, можно считать, что для сигнала эмиттер практически заземлен. Для работы в классе А напряжение смещения между базой и эмиттером должно быть прямым (отпирающим), а между коллектором и эмиттером — обратным (запирающим). Для получения такого смещения полярности источников пита¬ния выбирают в зависимости от типа используемого транзисто¬ра. Для транзистора р — n — р-типа плюс источника смещения должен быть подключен к эмиттеру р-типа, а ми¬нус — к базе я-типа. Таким образом, прямое смещение получа¬ется при отрицательном потенциале базы относительно эмитте¬ра. Для обратного смещения коллектора р-типа его потенциал должен быть отрицательным. Для этого источник питания под¬ключается положительным полюсом к эмиттеру, а отрицатель¬ным к коллектору. Входной сигнал создает на резисторе R1 падение напряже¬ния, которое алгебраически складывается с постоянным смещающим напряжением. В результате этого суммарный потенци¬ал базы изменяется в соответствии с сигналом. С изменением потенциала базы меняется ток коллектора, а следовательно, и напряжение на резисторе R2. При положительной полуволне входного напряжения прямое смещение уменьшается и ток че¬рез R2 соответственно уменьшается. Падение напряжения на R2 также уменьшается, в результате чего между входным и вы¬ходным сигналами образуется сдвиг фаз в 180°. Если используется транзистор n — р — n-типа (рис. 1.1,6), то полярность обоих источников питания меняется на обратную. При этом базовый переход также оказывается смещенным в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. Как и в предыдущем случае, между входным и выходным сигналами образуется сдвиг фаз в 180°. На рис. 1.1,а и б изображены основные элементы усилителя, а схема усилителя, применяемая на практике, приведена на рис. 1.1,6. Здесь конденсатор С1 не пропускает постоянной со¬ставляющей входного сигнала, но имеет малое реактивное со¬противление для его переменной составляющей, которая таким образом поступает на резистор R2. (Это так называемая RC-связь ) . Напряжение прямого смещения базы поступает с делителя напряжения Ri — R2, который подключен к источнику питания. Нужная вели¬чина прямого смещения базы транзистора получается при над¬лежащем выборе отношения величин сопротивлений R1 и R2. При этом в транзисторе n — р — n-типа потенциал базы устанав¬ливают более положительным, чем эмиттер. Коллекторный ре¬зистор, на котором образуется выходной сигнал, обычно назы-вают резистором нагрузки и обозначают Rн. Через разделитель¬ный конденсатор С3 сигнал поступает на следующий каскад. Входные и выходные цепи должны иметь общую заземленную точку (рис. 1.1, а). Коэффициент усиления тока базы для схемы с ОЭ задается следующим соотношением: (1.1) где р — коэффициент усиления тока базы; ДIб — приращение тока базы; ДIк — соответствующее приращение тока коллектора при- Uкэ = const. 
Рис. 1.1. Схемы с общим эмиттером. Таким образом, р равно отношению приращения коллектор¬ного тока к соответствующему приращению базового тока прк постоянном коллекторном напряжении. Коэффициент усиление сигнального тока также называют коэффициентом прямой пере¬дачи тока [При достаточно большой величине сопротивления R2 переменная состав¬ляющая сигнального тока практически равна переменной составляющей тока базы. — Прим. ред.] Резистор R3 (рис. 1.1,5) оказывает стабилизирующее дейст¬вие на ток транзистора при изменении температуры. Падение напряжения на R3 создает обратное (запирающее) смещение эмиттерного перехода транзистора, так как оно повышает по¬тенциал эмиттера. Следовательно, оно уменьшает положитель¬ное прямое смещение базы на величину этого падения напря¬жения. Присутствие переменной составляющей напряжения на Rз вызвало бы уменьшение выходного сигнала и, следователь¬но, коэффициента усиления усилителя. Для устранения этого эффекта резистор Rз шунтируют конденсато¬ром С2. При нагреве транзистора постоянная составляющая тока коллектора возрастает. Соответственно возрастает и падение напряжения на Rz, что приводит к уменьшению прямого смеще¬ния базы, а также тока коллектора. В результате осуществля¬ется частичная компенсация температурного дрейфа тока. 
Рис. 1.2. Схемы с общим истоком На рис. 1.2 показана схема усилителя на полевом транзи¬сторе, эквивалентная схеме с ОЭ, которая называется схемой с общим истоком. В этой схеме затвор соответствует базе би¬полярного транзистора, исток — эмиттеру, а сток — коллектору. На схеме 1.2, а показан ПТ с каналом n-типа. Для транзистора с каналом р-типа стрелка на затворе будет направлена в про¬тивоположную сторону. На рис. 1.2, б также показан транзи-стор с каналом д-типа, а на рис. 1.2, в — с каналом р-типа. Цепи смещения ПТ отличаются от цепей смещения бипо¬лярных транзисторов вследствие существенного различия ха¬рактеристик этих приборов. Биполярные транзисторы являются усилителями сигнального тока и воспроизводят на выходе уси¬ленный входной сигнальный ток, в то время как в полевых транзисторах выходным сигнальным током управляет приложен¬ное ко входу напряжение сигнала. Существуют два типа ПТ: с управляющим р — n-переходом и металл — окисел — полупроводник (МОП). (МОП-транзи¬сторы называют также полевыми транзисторами с изолирован¬ным затвором.) Полевые транзисторы обоих типов изготовляют с n- и р-каналами. В схеме на рис. 1.2, а используется ПТ с управляющим р — я-переходом, а в схеме на рис. 1.2, б — МОП-транзистор, ра¬ботающий в режиме обогащения. На рис. 1.2, в изображен МОП-транзистор, работающий в режиме обеднения. У МОП-транзисторов затвор изображается как бы в виде обкладки конденсатора, что символизирует емкость, возникающую в ре¬зультате формирования очень тонкого слоя окисла, изолирую¬щего металлический контакт вывода затвора от канала. (От этого способа производства и произошел термин «МОП-тран¬зистор».) Поскольку ПТ управляются напряжением входного сигнала, а не током, как биполярные транзисторы, параметр «коэффи¬циент усиления» сигнального тока заменяется передаточной проводимостью gm. Передаточная проводимость является мерой качества полевого транзистора и характеризует способность на-пряжения затвора управлять током стока. Выражение для пе¬редаточной проводимости выглядит следующим образом: (1.2) Единица измерения gm, называемая сименсом, есть величина, обратная единице измерения сопротивления (1 См=1/Ом). Как следует из выражения (1.2), параметр gm для ПТ есть отноше¬ние приращения тока стока к приращению напряжения затвора при постоянной величине напряжения между истоком и стоком. В полевом транзисторе с управляющим р — n-переходом и ка¬налом n-типа (рис. 1.2,а) при поступлении отрицательного на¬пряжения на затвор происходит обеднение канала носителями зарядов и проводимость канала уменьшается. (Для ПТ с кана¬лом р-типа проводимость уменьшается при действии положи¬тельного напряжения на затвор.) Поскольку однопереходный по¬левой транзистор имеет только две зоны с разными типами прово¬димости (выводы истока и стока подключены к одной зоне, а вы¬вод затвора — к другой), проводимость между истоком и стоком того же типа, что и проводимость канала. Следовательно, в отли¬чие от биполярного транзистора, у которого при UQ3 = 0 ток кол¬лектора равен 0, ток канала может протекать даже при нулевом напряжении затвор — исток. Поскольку ток канала это функция напряжения Uзи, канал полевого транзистора с управляющим р — n-переходом может проводить ток в обоих направлениях: от истока к стоку и в обратном направлении (у биполярного транзистора ток коллектора в рабочем режиме имеет всегда одно направление). При этом рабочая точка (например, для схем класса А) для таких транзисторов устанавливается путем подачи напряжения обратного смещения затвора в отличие от прямого смещения базового перехода в биполярных транзи¬сторах [В транзисторе с управляющим р — n-переходом обычно подается запи¬рающее напряжение U8и на переход (отрицательное для n-канала) и макси¬мальный ток в канале получается при U3и = 0. Направление тока в канале за¬висит от полярности источника питания, подключенного к каналу; при изме-нении полярности источника питания вывод, бывший стоком, становится исто¬ком и наоборот. Как было отмечено выше, затвор в МОП-транзисторах изо¬лирован от канала диэлектриком, например двуокисью крем¬ния (SiO2). При этом затвор имеет очень высокое входное со¬противление и на него может подаваться как прямое смещение для обогащения канала носителями (что будет увеличивать про¬ходящий ток), так и обратное смещение для обеднения канала носителями (что уменьшает ток канал а). Поэтому возможно из¬готовление двух различных типов МОП-транзисторов: для ра¬боты в обогащенном и обедненном режимах (здесь имеются в виду МОП-транзисторы с встроенным каналом). В МОП-транзисторе обедненного типа имеется ток стока при нулевом смещении на входе. Напряжением обратного сме¬щения ток стока уменьшают до некоторой величины, зависящей от требуемого динамического диапазона входного сигнала. Как показано на рис. 1.2,6, у транзисторов обедненного типа линия, изображающая канал, непрерывная, что означает наличие замк¬нутой цепи и протекание тока в канале (тока стока) при нуле¬вом смещении затвора. В МОП-транзисторах обогащенного типа ток стока при ну¬левом смещении мал. Напряжением смещения ток стока увели¬чивают до некоторой величины, зависящей от динамического диапазона входного сигнала. У МОП-транзисторов обогащен¬ного типа линия, изображающая канал, прерывистая, что сим¬волизирует как бы разрыв цепи при нулевом смещении. Для того чтобы увеличить ток до величины, необходимой для нор¬мальной работы такой схемы, как усилитель, нужно использо¬вать соответствующее смещение. Рабочие характеристики схем, изображенных на рис. 1.Д аналогичны характеристикам схем, представленных на рис. 1.11. Схема на рис. 1.2, в наиболее пригодна для практического ис¬пользования. Как и в ранее рассмотренном случае, имеет место инверсия фазы между входным и выходным сигналами. Напря¬жение источника питания обычно обозначают Ес. Для того что¬бы уменьшить падение напряжения сигнала на внутреннем со¬противлении источников питания и смещения, их шунтируют емкостями соответствующей величины (рис. 11.2, а). Через эти емкости замыкаются токи сигнала цепей затвора и стока. © 1978 Prentice-Hall, Inc. © перевод на русский язык, «Мир», 1985, 1980 |
|
|
|
Copyright © 2016 - 2024 Master-tv.net - Сервис мануалы, прошивки, схемы, форум для мастеров по ремонту.
При копировании материалов активная ссылка на данный сайт обязательна!