Каскадтың статикалық реті. Күшейткіштің жұмыс тәртібі. Тыныштық нүктесі. Статикалық жағдайда (тыныштық күйде), жұмыс нүктесі тыныштық коллектор тогымен Iк0 және коллектор кернеуімен Uкб0 немесе Uкэ0 сипатталады. Бұл мәндер статикалық жүктеме тізбегі теңдеуімен байланысты: Uкэ0 = Uп – Iк0Rк
Айнымалы ток (яғни сигнал) үшін конденсатордың реактивті кедергілері С1 және С2 аз, сондықтан жүктеме және коллектор кедергілері параллель қосылған: Rк.н. = Rк.|| Rн
Сурет 10.1. ОЭ схемамен тобтың шығыс сипаттамалары
Коллектор тогының аутқуы және коллектор кернеуі Uкб (Uкэ) өсіне үлкен бұрыш жасап тұрған тыныштық нүктесі арқылы өтетін динамикалық жүктеме тізбегімен байланысты:
Жұмыс нүктесінің есептеуі. Каскадтың жалпыланған схемасын қарастырайық:
Сурет 10.2 Күшейткіш каскадтың жалпыланған схемасы
Еб–Еэ контуры үшін теңдеу құрайық:
Еб+Еэ-Uбэ = IбRб+IкRэ+IбRэ
Осыдан
Белгілеу енгізейік gб= Rэ/(Rб+Rэ) – Базадағы тізбектің ток үлестіру коэффициенті.
Коллектор тогын мына формуламен анықтаймыз:
Iк = bIб + (b+1)Iкб.0
Жұмыс нүктесінің тұрақтылығы. Жұмыс нүктесінің тұрақтылығы – транзисторлық каскадтарды жобалау кезіндегі маңызда мақсат. (Iк.0 и Uк.э.0) тыныштық нүктесінің ығысуы кезінде транзистордың дифференциалдық көрсеткіші өзгереді, бұл кезде сызықты емес бұрмаланулар пайда болуы мүмкін. Iк . тогының тұрақсыздығының негізгі себептері: Iк.б0 жылулық тогының температуралық өзгерісі, эмиттерлік өткелдегі кернеу Uб.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 Iк көбеюімен (азаюымен), демек Iэ, және эмиттер потенциалы Uэ.0, өседі (кемиді), сондықтан кернеу Uбэ = Uб.0 – Uэ.0, азаяды (көбейеді), өйткені база потенциалы Uб.0 кернеу айырғышпен бекітілген Rб1, Rб2 . Нәтижесінде тыныштық күйдегі ток Iк.0 аз дәрежеде өзгереді. Rэ 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 Сэ (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.
Сэ- Rэ 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 СЭ блокираторлық конденсаторлар (сондықтан ХС1»0, ХС2»0, ХСэ»0) әсерімен ескереміз, СН жүктеме паразиттік сыйымдылығы және С*к коллекторлық тізбектегі және де h21э=b0 ток беру коэфициенттің заттық шама деп есептейміз
Жүктемеден күшейткіш коэффициентін табамыз
.
мұндағы Rк.н.=Rк||Rн - Rк және Rн параллельді тізбекті қысқаша үшін белгілеу. Rвх.т.оэ =h11э – транзистордың кіріс кедергісі.
Rвых.т - Uвх=0 (немесе Uг=0) – де транзистордың шығыс кедергісі.
Транзистордың кіріс кедергісін мына транзистордың физикалық модель параметрін қолданып табамыз. Каскадтың кіріс кедергісіRвх=h11э||Rб кіші болады.Uкір=0; Rк.н.=µ -де Rшығ.т=U2/I2 транзистордың шығыс кедергісі.
I2=(U2/r*к.диф.) – h21эIб; өз кезегімен,, мұндағы gб – тоқтағы ішкі кері байланыс коэффициенті. Осыдан Rвых.т= r*к.диф(1+h21эgб). Транзистордың шығыс кедергісі кіріс тізбегінде, Rr кедергі көзінің сигналына тәуелді. Кірістегі бос жүріс режимінде, яғни Rr®¥ gб®0 Rвых.т®r*к.диф. Кірісте қысқаша (замыкания) режимінде, яғни Rr=0 gб» 0.1. Rшығ.т»5*к.диф. Егер күшейткіштін шығыс кедергісін айтсақ, онда оған Rк: Rшығ=Rшығ.т||Rк апарамыз. Егер Rшығт>>Rк, онда Rшығ»Rк .
Токтағы күшейткіш коэффициентіKio=Iн/Ir=Rrh21э шығ х/(Rr+R шығх )(R шығ +Rн) Кіріс тізбегінде Rr/(Rr+Rкір) көбейткіш токтың жоғалғыштығын есептейді, ал екіншісі Rшығ/(Rшығ+Rкір)- шығыс тізбегінде. Kio<h21э коэффициенті және қысқаша (замыкания) режимінде кірісте Rкір®0 және шығыста Rн®0 максимумге жетеді.
Төменгі жиілік облысындағы каскадтын жұмысы. Бөлінетің және блокираторлық конденсатордың реактивтік кедергісі кіріс сигналының (колебаний) жиілігінің төмендеуінен өседі.
С1,Rкір және С2,Rж тізбектері кернеу бөлгіштерін жасайды, ал Сэh11б 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.
tн: 1/tн=1/tн.кір+1/tн.э+1/tн.шығ. Төменгі жиіліктегі күшейту коэффициентті K(jw)= Kuo/(1+1/jwtн).
Төменгі жиіліктегі ауданда каскадтың АЖС. Mн(w)=. Қосымша фаза жылжуының жиіліктен тәуелділігі Djн(w)=arctg (1/wtн)
Төменгі шекаралық жиілік, қайсыған күшейткіш Ö2 рет түседі, wн=1/tн, ал қосымша фазалық жылжу Djн(wн)=p/4 При w®0 Kuн®0, жылжу Djн®p/2 Сонымен қатар, берілген жиілікті wн қамтамасыз ету үшін, таңдау керек tн=1/wн. Төменгі жиілік ауданында күшейткіштің жолағын кеңейту сыйымдылықты көбейту есебімен іске асырылады С1, С2, Сэ. Сэ сыйымдылығы кіші кедергіні шунтайды (rэ.диф+(rб+Rr)/(h21э+1)) || Rэ сондықтан Сэ шамасы едәуір көп болу керек С1 және С2.
Жоғарғы жиілік ауданында каскадтын жұмысы. Сигнал жиілігін көтерген сайын коэффициенттің өзгеруіне әсер етеді h21э(jw)=b0/(1+jwtb) және транзистордың шығыс сыйымдылығы мен жүктеме сыйымдылығының шунтық әрекеті, олар жүктеменің комплексті кедергісің азайтады:
.
Бұл екі факторға әкеледі:
· Uшығ азайтуға, яғни жоғарғы жиіліктегі күшейту коэффициенті;
· Шығыс кернеудің қосымша фаза жылжуына токтың кешігу Iк жағына карай Iб токтан кешігеді, Uшығ кешігеді Iк.қатысты
Жоғарғы жиіліктерде h21э өзгеруінен транзистордың кіріс кедергісі азаяды, сонымен қатар ол комплексті сипаттама алады: Zкір.т=gб+(b0/(1+jwtb)+1)rэ.диф. Жиіліктің өсуімен wB®¥ KuB®0, ал Dj B(w)® – p/2 Үстінгі шекаралық жиілік wB=1/tВ транзистордың параметрлеріне тәуелді (tb=1/2pfb=(h21Э+1)/2pf h21Э; Ck; rб), оның режиміне е (rэ.диф , т.е. gб) және жүктеме параметрлеріне (Сн, Rн). Аса үлкен жиілікті транзистор (f h21Э жоғарғымен) үлкен үстінгі шекаралық жиілікті қамтамасыз етеді fB.
Дәріс тақырыбы.
