Стабилизация режима работы усилителя

Причины нестабильной работы:

1. Нестабильность напряжения источника питания (ИП).

2. Разброс параметров транзистора (при смене транзистора трудно подобрать два одинаковых по своим параметрам транзистора).

3. Старение элементов.

4. Главная причина – изменение температуры окружающей среды.

Эмиттерная стабилизация

Стабилизирующим элементом в этой схеме является резистор .

Принцип работы:

С ростом температуры все токи транзистора увеличиваются, рабочая точка (РТ) смещается вверх по нагрузочной прямой – режим работы усилителя нарушается.

Но с ростом тока эмиттера растет падение напряжения U_Э на резисторе (), что приводит к уменьшению напряжения смещения .

2-й закон Кирхгофа для участка цепи:

сonst

(слабо зависит от температуры)

Уменьшение напряжения смещения сопровождается закрыванием транзистора, в результате чего все токи его уменьшаются, т.е. РТ возвращается в исходное состояние – режим стабилизируется.

В схеме действует ООС по току за счет наличия резистора , который относится и к входной и к выходной цепям одновременно, в результате чего часть мощности выходного сигнала поступает на вход схемы. Причем, через этот резистор протекает как постоянный, так и переменный токи, т.е. действует ООС как по постоянному, так и по переменному токам.

ООС по постоянному току желательна, т.к. за счет нее происходит стабилизация рабочего режима.

ООС по переменному току нежелательна, т.к. происходит потеря на

резисторе переменного (полезного) напряжения, что ведет к уменьшению коэффициента усиления по напряжению .

Для уменьшения ООС по переменному току параллельно подключают конденсатор большой емкости.

Чтобы переменный ток не протекал через , необходимо выполнение условия: . Если это неравенство выполняется, то тогда переменный ток будет протекать через конденсатор , т.е. нежелательные потери полезного сигнала будут минимальны.

Таким образом, роль блокировочного конденсатора - исключить (уменьшить) ООС по переменному току. Другими словами: блокировочный конденсатор обеспечивает нулевой потенциал эмиттера для переменного тока.

Коллекторная стабилизация

Стабилизирующими элементами в данной схеме являются резисторы . Принцип работы:

С ростом температуры все токи транзистора увеличиваются, рабочая точка (РТ) смещается вверх по нагрузочной прямой – режим работы усилителя нарушается.

Но рост токов и сопровождается ростом падения напряжения на резисторе , что приводит к уменьшению выходного напряжения .

2-й закон Кирхгофа для выходной цепи:

const

В схеме присутствует ООС (за счет наличия ). Т.к. выходное напряжение уменьшилось, то уменьшится и напряжение обратной связи , поскольку оно является частью выходного напряжения, что, в свою очередь, приведет к уменьшению тока : (; )

Если один из токов транзистора уменьшается, то автоматически уменьшаются и два других тока (в данном случае ):

;

Таким образом, РТ возвращается в исходное положение – режим работы усилителя стабилизируется.

6.7 Анализ АЧХ ШПУ

Рассмотрим ШПУ с эмиттерной стабилизацией:

- входное сопротивление следующего каскада. Если следующий каскад точно такой же, то .

, где

- паразитная емкость нагрузки;

- выходная емкость данного каскада;

- входная емкость следующего каскада.

АЧХ такого усилителя: К_U идеальная АЧХ

К_U₀

реальная АЧХ

0 f

На средних частотах АЧХ реального и идеального усилителя совпадают, т.е. амплитудно-частотные искажения (АЧИ) отсутствуют. На нижних и верхних частотах наблюдаются завалы АЧХ, говорящие о присутствии АЧИ.

Факторы, оказывающие влияние на АЧХ в области НЧ и ВЧ:

· частотные свойства самого транзистора;

· наличие элементов схемы, обладающих реактивным сопротивлением (в данном случае – это );

· наличие паразитной емкости нагрузки .