Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1. Электронно-дырочный переход – основа полупроводниковых элементов
2. Полупроводниковые диоды
3. Выпрямительные диоды
4. Однофазные однополупериодные выпрямители
5. Мостовой однофазный двухполупериодный выпрямитель
6. Сглаживающие фильтры устройств в автоматике
7. Стабилитроны
8. Операционные усилители (ОУ)
9. Масштабирующий инвертирующий ОУ
10. Масштабирующий неинвертирующий ОУ
11. Суммирующий ОУ
12. Интегрирующий ОУ
13. Дифферецирующий ОУ
14. Компаратор
15. Триггер Шмидта
16. Автоколебательный мультивибратор
17. Тиристоры. Динистры
18. Тринистры
19. Биполярные транзисторы
20. Схема включения транзисторов. Схема с общей базой. Хар-ки схемы
21. Схема с общим эмиттером (ОЭ). Основные хар-ки схемы
22. Схема включения с общим коллектором (ОК). Хар-ки схемы
23. Транзисторные усилители
24. Характеристики транзисторных усилителей
25. Усилители низкой частоты
26. Эмиттерный повторитель
27. Термостабилизация в усилителях низкой частоты
28. Усилитель постоянного тока (УПТ)
29. Выходные каскады усилителей
1. Электронно-дырочный переход
Электронно-дырочный переход – это основа полупроводниковых элементов.
Хим. эл-ты состоят из «+» заряженного ядра, вокруг него вращаются “-“ заряженные электроны. Электроны вращаются на разных орбитах. Для устойчивого состояния каждая из орбит должна содержать определенное число электронов. 1 орбита (ближе к ядру которая) содержит 2 электрона. 2 орбита – 8 электронов. 3 орбита – 18 электронов и т.д.
В активных элементах последний слой содержит меньше, чем требуется число электронов. Число электронов, находящихся на последнем слое называется валентностью. Элементы для организации устойчивого состояния объединяются в группы, таким образом, чтобы валентный слой был заполнен до устойчивого состояния. Такая связь – ковалентная, она слабая, неустойчивая. Число электронов, которые не обеспечивают устойчивое состояние, называются свободными, которые под действием сил перемещаются по области, создавая эл. Ток. Также в создании эл. тока участвуют электроны, подвергшиеся ионизации.
Ионизация - переход под воздействием внешних сил электронов с более низкой на более высокую орбиту. В качестве источника такой энергии служат- тепловая энергия, энергия облучающих воздействий и др. Для того, чтобы электрон перескочил с одной орбиты на другую надо совершить работу выхода. Обратный процесс – переход с более высокой орбиты на низкую называется рекомбинацией. При этом высвобождается атомами энергия в виде изотопа. В теории полупроводников учитываются валентные электроны атомов. В качестве базового хим. эл-та исп-ся 4х валентные: германий, кремний. К чистым элементам добавляются примеси. Примеси: 3х валентный индий, алюминий. 5валентный мышьяк, фосфор. В результате получаются соединения у которых до устойчивости не хватает одного электрона или один свободный. 3х валентная примесь наз. акцептором, при котором соединяется структура с недостающим электроном. ( в теории полупроводников это называется с одной дыркой + заряд)
Дырочная проводимость Р – 5ти валентная примесь – донор. В этом случае в качестве носителя заряда является электрон. Проводимость наз. электронной (N). Для организации полупроводника соединяют материалы с дырочной и электронной проводимостью. В результате такого соединения протекают электр. токи.
Из-за разной концентрации носителей в Р и N областях происходит перемещение дырок в обл. N (○ →) и электроны в обл. Р (●→). Дырки и электроны являются основными носителями заряда, помимо этого в каждой из областей в результате ионизации или рекомбинации сущ. Не основные носители (в обл Р – электроны, в обл N – дырки)
Передвижение основных носителей создает диффузный ток (I Диф). Диффузия носителей в приграничной области и создающий слой неосновных носителей. Такой слой обладает большым сопротивлением. При этом структура становится вида 2. Концентрация в приграничном слое не основных носителей создает разность потенциалов, которая называется потенциальным барьером для основных носителей. Под воздействием разности потенциалов неосновных носителей начнут возвращаться в свои области, создавая дрейфовый ток. Он увеличивает концентрацию оси носителей, что вызывает увеличение диффузного тока. Равновесие в системе наступит когда I диф = I дрейф. и в системе будет создан устойчивый потенциальный барьер величиной Uк.
В рабочем режиме на P-N подаются смещения в виде напряжений внешних источников. При прямом вкл. (смещении) внешнее напряжение Uпр:
Внешний источник существенно повышает в соответствующих областях число основных носителей, повышающих концентрацию. Это приводит к увеличению Iдиф. В результате величина потенциального барьера Uк уменьшается и становится = Uк – Uпр.
Через PN течет ток Iпр, величина которого пропорциональна приложенному внешнему напряжению. Такое состояние называется открытым состоянием перехода. Обратное смещение
перехода выполняется путем вкл.
внешнего источника по схеме:
В результате вкл. Uобр, число основных носителей в каждой из зон увеличивается, число неосновных носителей увеличивается в приграничной области. Сопротивление перехода увеличивается до ∞ и создается потенциальный барьер U’к = Uк + Uобр
Такой потенциальный барьер могут преодолеть только неосновные носители, которые создают Iобр.
2. Полупроводниковые диоды.
Полупроводниковые диоды – полупроводник с одним p-n переходом. В эл. схемах обозначается:
Вывод из Р области называется анодом. Из N области катодом. При прямом смещении (включении), когда на анод подается «+» потенциал относительно катода, переход находится в прямом смещении. Диод проводит Iпр. При обратном смещении перехода переход закрыт, диод не проводит. Через диод протекает I0 (тепловой). ВАХ диода:
C увеличением t, увеличивается инжекция носителей в каждой из областей, вследствие чего ток при одном и том же Iпр и Iобр.
Температура перехода для Ge не должна превышать 70-90 °С, Si 120-150 °С.
Основные характеристики диода.
3. Выпрямительные диоды
Выпрямительные диоды промышленностью выпускаются на прямой ток Iпр до 100 А, обратное максимально допустимое напряжение Uобрmax до 1000 В, частотой переключения 400 Гц. Т.к. через выпрямительные диоды протекают значительные прямые токи, для исключения перегрева перехода технологически изготовляют переходы таким образом, чтобы падение напряжения на открытом диоде не превышало 1В. Кроме этого для диода конструктивно создается теплоотвод от перехода в виде радиаторов, которые охлаждаются воздухом или жидкостью. Маркировка диода записывается в виде: КД набор цифр буква, АД/ГД/ 1Д набор цифр. Например: КД213Б, 2Д20. Диоды для ширпотреба обозначаются К(построен на основании кремния), Г(на германии). Для спецприемки: 2-кремниевые, 1-греманивые. Цифры –силовой диод, буквы – их модификация. В паспортных данных указывается величина допустимого тока и обратного напряжения. Например, КД213Б рассчитан на 200 В и 10 А.
4. Выпрямительные устройства. Однофазные однополупериодные выпрямители
Схема:
Схема включает в себя трансформатор Тр, на первичную обмотку которого подается U1, со вторичной обмотки снимается U2. Точками обозначены выводы обмоток, на которой формируется напряжение одной и той же полярности. В схему входит диод D и активное сопротивление нагрузки Rн. В рабочем режиме через нагрузку протекает iн, на нагрузке создается постоянное напряжение U0. Эпюры, поясняющие принцип действия:
На графиках показаны формы токов и напряжения на нагрузке, постоянная составляющая тока нагрузки
При разработке выпрямительного устройства задаются значения U0 и I0. Требуется определить действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора U2 и действующее значение тока I2. Эти данные нужны для расчета трансформатора. Для выбора типа диода проводится расчёта Uобр и Iпр. По полученным данным из справочника выбирается тип диода. Расчеты проводятся по формулам, связывающим между собой постоянное напряжение и ток нагрузки с действительными значениями напряжения и тока вторичной обмотки, а также допустимые Uобрmax Iпр.
5. Мостовой однофазный двухполупериодный выпрямитель
Принцип работы мостового выпрямителя: в полупериод от 0 до П открыты диоды 1,3, по нагрузке протекает ток, создавая падение напряжения U0 полярностью как показано на рисунке. Диоды 2,4 закрыты (находящиеся под обратным смещением). В полупериод от П до 2П – открыты диоды 2,4, через нагрузку протекает ток, создавая падение напряжения на нагрузке, при этом диоды 1,3 закрыты. Таким образом, создается двухполупериодное пульсирующее постоянное напряжение на нагрузке. Достоинства этой схемы в том, что пульсация выходного напряжения в 2 раза меньше, чем у однофазной однополупериодной схемы выпрямителя. Это достоинство дает возможность строить облегченные фильтры.
6. Сглаживающие фильтры устройств в автоматике
Напряжение питания устройств в автоматике не должно содержать пульсаций(переменных составляющий), поскольку пульсации напряжения питания приводят к искажению информации, циркулирующей в устройстве. Для того, чтобы постоянное пульсирующее U, снимаемое с выпрямительных устройств, преобразовать в постоянное сглаживаемое U(отсутствие пульсаций), применяются сглаживающие фильтры. Эти фильтры строятся на основе активных и реактивных элементов электрических цепей(RLC). Фильтры бывают однозвенные и многозвенные. Качество фильтра определяется коэффициентом сглаживания.
Ксг=Кпвх/Кпвых - коэффициент сглаживания, Кп=U∽/Uср - коэф-т пульсации.
RC-фильтры
Схема:
Схема состоит из преобразователя переменного U в постоянное (выпрямительное устройство), С-фильтра и активного сопротивления нагрузки Rн. В качестве сопротивления фильтра - сопротивление выпрямителя. Эффект сглаживания основан на том, что по закону коммутации U на конденсаторе не может изменяться мгновенно. Если в конденсаторе идет накопление заряда, в фильтре участвуют следующие элементы, при заряде ток через внутреннее сопротивление поступает на конденсатор и нагрузку. С постоянной времени Rф*Сф происходит увеличение U на конденсаторе. При уменьшении U, поступающего от выпрямителя, конденсатор с постоянной времени Rф*Сф начинает разряжаться. В результате этого U на конденсаторе и на нагрузке принимает сглаженный вид.
Эффект сглаживания значительный, если помимо С-фильтра применить L-фильтр. Это позволит при коммутации не изменить мгновенно ток заряда. В результате этого энергия, запасенная в фильтре, дополнительно передается на нагрузку. Для того чтобы увеличить коэффициент фильтра применяются двухзвенные фильтры.
В таком фильтре пульсирующее U выпрямителя проходит 2 стадии фильтрации. 1-я стадия на фильтре Rвн вых*Сф1 и 2-я на стадии Rф*Rф2. Качество фильтрации определяется постоянными времени фильтра, для RC-фильтра это Rн*Сф. Для LC-фильтра это Lф *Сф. Чем больше постоянная времени, тем качественнее фильтрация. Для достижения качественной фильтрации необходимо выбрать большой величины емкость конденсатора Сф и сопротивление нагрузки Rн. Как правило, сопротивление нагрузки изменить нельзя, поскольку оно представлено входным сопротивлением устройства автоматики. В связи с этим необходимо выбирать конденсаторы большой емкости. В фильтрах применяются устройства для искусственного увеличения сопротивления нагрузки. Таким устройством является транзисторный эмиттерный повторитель. Устройство, в котором применяется эмиттерный повторитель называется активным фильтром:
В схему включен транзистор TV. Совместно с Rн он представляет собой эмиттерный повторитель, у которого входное сопротивление в 10 раз больше, чем Rн. При таком включении постоянная времени фильтра будет определяться как Rвх эл*Сф, где Rвх эл- R входа эмиттерного повторителя. Так существенно увеличивается постоянная времени фильтра, что ведет к увеличению качества фильтрации.
7. Стабилитроны
Они представляют собой особый класс диодов. Они предназначены для стабилизации постоянного U. На схеме:
Переход стабилитрона в рабочее состояние находится под обратным смещением, т.е. на анод относительно катода подается отрицательное U. Через переход протекает Iо(Iстабилитрона).Для ограничения тока стабилитрон включен по схеме:
Rо выполняет роль ограничителя Icт(балластное сопротивление). В соответствии со 2 законом Кирхгофа: Uвх = Uст + Iст * Rо
Ограничитель работает так: рост входного U вызовет рост Iст, что увеличивает падение напряжения на Rо. В результате этого Uст изменится незначительно.
ВАХ стабилитрона:
При изменении Uвх Rо обеспечивает изменение Iст от Iст min до Iст max. В соответствии с ВАХ при таком диапазоне изменений тока U на стабилитроне изменяется на ΔUст. Это эффект стабилизации. Для определения допустимого диапазона изменений ΔUвх выполняется след построения: в качестве рабочего диапазона изменения Iст – токи в В и С. Определим, как В и С отразятся на Uвх. Под углом проведем линии В -> B’ ; C ->C’ .Из построения -> что при изменении U на стабилитроне ΔU Uвх может измениться в диапазоне ΔUвх. В этом и состоит эффект стабилизации.
8. Операционные усилители.
Операционный усилитель представляет собой многокаскадный усилитель постоянного тока, обладающий коэффициентом усиления: КОУ=104÷105
Название "Операционный" связано с тем, что на его основе строятся аналоговые устройства, выполняющие математические операции, такие как: сложение, вычитание, умножение, деление, дифференцирование, интегрирование, сравнение сигналов. В схемах автоматически ОУ используется для создания таких регуляторов, как: пропорциональный (П), пропорционально-интегральный (ПИ), пропорционально -интегрально-дифференциальный (ПИД), импульсный, релейный, а также различных видов генераторы.
Схема:
В схеме указаны:
Uвхи - напряжение на инвертирующем входе
Uвхн - напряжение на неинвертирующем входе
Iвх - входной ток ОУ
ОУ имеет 2 входа: инвертирующий и неинвертирующий.
ОУ усиливает разности напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входом.
Вход называется инвертирующим, потому что при Uвхи > Uвхн на выходе создаётся сигнал отрицательной полярности ( т.е. происходит инверт. сигнала). Если Uвхн > Uвхи, то на выходе формируется положительный сигнал. Т. к. выходной сигнал не может быть больше напряжения питания, при большом коэффициенте усиления входной сигнал должен быть близкий к нулю.
К основным характеристикам ОУ относятся:
Коэффициент усиления ОУ (Коу) , Напряжение питания Uпит, максимальное Uвых, максим,Iвых
Промышленностью выпускаются следующие виды ОУ:
|
Тип ОУ |
Коу |
Uпит, (В) |
Максимальные |
|
|
Uвыхм , (В) |
Iвыхм , (мА) |
|||
|
К153УД6 |
50000 |
±15 |
±10 |
10 |
|
КР544УД15 |
12000 |
±12,6 |
±6 |
2,5 |
|
К140УД7 |
30000 |
±15 |
±10 |
10 |
|
К140УД14А |
50000 |
±15 |
±13 |
2,5 |
|
КМ551УД1 |
50000 |
±15 |
±10 |
5 |
|
К553УД1 |
25000 |
±15 |
±10 |
5 |
9. Масштабирующий инвертирующий ОУ
Такой ОУ выполняет операцию масштабирования( умножения, деления) и на его основе строится П - регулятор.
Схема:
В схеме: I1 - ток создаваемый Uвх
I0 - ток создаваемый цепью обратной связи при R0
U0 - разность напряжений между инвертирующим и не инвертирующим входом.
Iвх - входной то ОУ.
Т. к. коэф. усиления Коу≈∞, U0≈0, Iвх≈0 и по 1-му закону Кирхгофа I1= I0.
На этом свойстве основана работа всех ОУ в системах автоматики.
Т. к. I1 = , I0 =, то
Uвых = * Uвх
Если обозначить = Км - коэф. масштабирования, то
Uвых = Км* Uвх
В рассматриваемой схеме Км > и < 1 ( меньше и больше 1)
12.Интегрирующий ОУ
Он выполняет ф-цию интегратора входного сигнала (ф-цию интегрирования)
В схеме ; =>
=>
Если принять, что ∫ от лев. части = Uвых(t) и -R1Cо=Tи- постоянная времени интегрирования, то
,(интеграл от 0 до t).
Принцип действия интегратора поясним графически:
На вход подаются прям.импульсы длительности от 0 до t1 и от t2 далее
При подаче на вход прямого импульса на выходе будет формироваться напряжение = интегралу от пост.входного напряжения.
Т.к. Uвых не м.б. > питания в момент t’ происходит насыщение Uвых и это длится до t1. В момент времени t1 Uвх становится =0, при этом Uвых с пост.временем ti будет спадать до 0.
13. Дифференцирующий ОУ
Выполняет дифференцирование входного сигнала то есть на выходе формируется сигнал пропорциональный первой производной от входного сигнала.
В схеме (t) =
(t) = -
Исходя из принципа действия ОУ запишем (t) = -
Если обозначить -=Tg Tg – постоянная диффер-ия
(t) = Tg
Принцип действия дифференцирующего ОУ. Рассмотрим на графике.
Если на вход диф-его ОУ подать линейно нарастающее напряжение в интервале времени (0, ) в соответствии с принципом действия на выходе получим постоянные отрицательные напряжения.
14. Компаратор
Компаратор – устройство, на котором в системах автоматики выполняется сравнение 2 сигналов, какой из них больше. Схема компаратора:
Т.к. в схеме отсутствует обратная отрицательная связь (R0=∞), коэффициент масштабирования km тоже близок к 0. Поэтому входной сигнал Uo=Uвх-Uоп≈0. Принцип работы устройства: в момент, когда входные сигналы≈ между собой происходит переключение выхода в 0 или +Uпит. Принцип действия рассмотрим на графиках:
В соответствии с графиком в течение времени от 0 до t1
Uвых=+Uпит («1»). В интервале от t1 до t2 Uвых=0 («0»). На основе компараторов строятся шим-модуляторы.
Шим-модулятор преобразует значение аналогового напряжения (Uоп=) в соответствующую длительность импульса . Если изменять Uоп= на выходе модулятора получим прямоугольные импульсы соответственной длительности. В шим-модуляторах в качестве используется неизменяющееся пилообразное U. Uоп= - это то U, которое необходимо преобразовать в длительность импульса. Принцип действия шим модулятора на графиках:
15. Триггер Шмидта
В системах автоматики триггер Шмидта выполняет функцию релейного регулятора. Схема имеет вид:
В схеме действует положительная обратная связь по напряжению. Обратная связь-это передача в данном случае напряжения с выхода устройства на его вход. Обр. связь бывает положительная, если напряжение поступающее с выхода складывается с напряжением поступающим на вход. При отрицательной обратной связи напряжение поступающее с выхода вычитается из напряжения, поступающего на вход. В рассмотренной схеме напряжение с выхода через делитель R1 и R2 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя. Напряжение положительной обратной связи Uпос снимается с R1. Это напряжение принимает 2 значения:
Принцип действия триггера Шмидта рассматривается на графиках:
Переключение происходит в момент приблизительного равенства переменного Uвых и напряжения положительной обратной связи Uпос
В интервале времени от 0 до t1 напряжение на инвертирующем входе меньше чем на неинвертирующем, следовательно Uвых положительное. Это состояние удерживается до тех пор, пока переменная Uвх не достигнет значения U2(Uпос). В момент совпадения произойдет переключение выхода на обратное состояние, т.е. - Uвых . Это состояние будет удерживаться до момента t2 , когда переменная Uвых сравнивается с U1 (Uпос). и т.д.
В результате для входного сигнала ( ~Uвх). Есть зона нечувствительности (сх. нереагирует на изменение вх. сигнала) .
Статическая характеристика триггера Шмидта имеет вид:
16. Автоколебательный мультивибратор
Представляет собой генератор прямоугольного импульса типа меандр. (имп. равной длит.)
В сх. Присутствуют 2 обратные связи:
Коммутация выхода наступает когда напряжение отрицательной обратной связи Uоос=Uc= Uпос
Принцип действия:
Допустим в момент вкл. пит. при t=0 на выходе устанавливается напряжение Uвых(-). Под воздействием отрицательной обратной связи конденсатор С начнет разряжаться, напряжение на нем будет изменяться от 0 до Uпит. в момент врем.t1 напряжение на конд.(Uooc) сравнивается с U1(Uпос) произойдет переключение выхода в результате кот uвых станет равным Uвых (+). В рез-те под воздейств. той же отриц.обр.св конденсатор начнет заряжаться от напряж. U1 до Uвых. В момент t2, напряжение на конденсаторе достигнет значения U2, произойдет обратная коммутация, т.е. Uвых= Uвых(-) и т.д. в результате таких коммутаций на выходе будут сформированы прямоугольные импульсы. Длительность импульса опр-ся пост.времени заряда и разряда конденсатора R0 C1. Поскольку постоянная времени заряда равна пост. вр. разряда на вых. Формируется прямоугольный импульс типа миандр.
Длительность имп.:
Поскольку период повторения импульсов T=2τu, частота генератора
17. Тиристоры.
Подразделяются на 2 класса:
Тиристоры применяются в средствах автоматики в качестве коммутаторов в цепях переменного и постоянного токов.
Динистр.
Динистр представляет собой полупроводниковый элемент с 3-мя переходами: П1, П2, П3.
При вл. напряжениями питания U, когда на анод подается «+», а на катод «-» переходы П1, П3 находятся под прямыми смещениями. При этом через динистр протекает тепловой обратный ток перехода П2 I0.
Динистр нач. проводить ток в том случае, если обратное напряжение на переходе П2 достигнет предельного значения, т.е. наступит его пробой. И динистр работает так же как обычный диод.
ВАХ динистра:
На участке ОВ увеличение напряжения анод-катод. UAK ведет к увеличению теплового тока на переходе П2; в т. В наступает электрический пробой перехода П2. Динистр из т. В мгновенно переходит в т. С характеристики на уч. СА динистр работает как обычный диод(см ВАХ диода).
Для того, что бы выкл. Динистр необходимо напряжение анод-катод UAK снизить до напр. Отключения Uоткл , или же по другому. Ток динистра уменьшить до значения тока удерживания IУД.
18. Тринистр.
Отличие тринистра от динистра в том, что он имеет дополнительный электрод (упр-ий) подключается к области Р2.
Управляющий электрод позволяет спровоцировать пробой перехода П2 при меньшем обратном напряжении. На упр-ий эл. Относительно катода подается положительное напряжение (сигнал управления). Длительность такого сигнала должна быть достаточной, что бы произошел пробой в П2.
На сх. Тринистр обозначается:
ВАХ Тринистра:
Если ток управления Iу=0, тринистр ведет себя как динистр, чем больше ток управления , тем при меньшем напряжении напряжении UAK произойдет пробой перехода П2, т.е. возникает возможность управления состоянием тринистра (вкл/выкл), состояния без изменения UAK.
Обозначается тринистр следующим образом.
Для них как и для диодов осн. хар-ми явл.:
19. Биполярные транзисторы
Предназначены для управляемого преобразования электрической энергии источника питания в ток нагрузки(Iн), в напряжение нагрузки(Uн) и мощность нагрузки(Рн). Биполярные транзисторы представляют собой полупроводниковую структуру с двумя PN-переходами. Промышленностью выпускаются 2 типа наборов PN-переходов.
1) PNP, выполняемый на основе германия. В этом случае направление напряжений и токов транзистора следующее:
2) NPN структура, построена на основе кремния. Направления напряжений и токов:
Транзистор имеет 3 электрода(вывода): Э – эмиттер, К – коллектор, Б – база.
Эмиттер – предназначен для генерации носителей заряда и представляет собой высоко легированную область. Коллектор – предназначен для сбора носителей, выделяемых эмиттером. База – предназначена для управления потоком носителей из Э в цепь К.
Для PNP структуры в рабочем состоянии необходимо на К относительно Э и на Б относительно Э подать отрицательное напряжение. Для структуры NPN полярность напряжения устанавливается противоположная. В результате этого переход БЭ находится под прямым смещением, а переход БК под обратным смещением. Работает транзистор следующим образом: в зависимости от U прямого смещения UБЭ носители из Э поступают в область базы, поскольку U на Б относительно Э незначительно – только часть носителей передается в цепь Б. Большая часть носителей захватывается полем К и переносится в цепь К. Чем больше открыт переход БЭ, тем больше носителей поступает в цепь К.
В транзисторе: Iб << Iэ , Iк = Iэ – Iб = αIэ , где α – коэффициент, определяющий, какая доля Iэ передается в цепь К. α = 0,95 ÷ 0,98
В транзисторе наблюдается эффект усиления как U, так и I. Если входное U и I взять соответственно Uбэ и Iб, а выходное – Uобр и Iк, то можно заключить, что Uпр(Uбэ) << Uобр(Uбк). А также Iб << Iк.
В справочниках на транзисторы эффект усиления (передачи тока базы в цепь К) характеризуется статическим коэффициентом усиления β, который может быть: β = 10 ÷ 400.
Поскольку в транзисторе в явном виде присутствует усиление по I и U, транзистор также является усилителем мощности, т.к.: Iб · Uбэ << Iк · Uбк, т.е. Рвх << Рвых.
Эффект управления в транзисторе состоит в том, что чем больше открыт базовый переход(при больших напряжениях Uбэ · Iб), тем больше носителей передаются из Э в цепь К. Таким образом Iк можно изменять практически от 0 до максимального значения. Коэффициенты α и β связаны между собой след образом: β = .
Иногда в справочнике статический коэффициент усиления β через параметры четырехполюсника и обозначается h21. Транзисторы маркируются следующим образом:
кремниевые: КТ (2Т)
германиевые: ГТ (1Т)
Основные характеристики транзисторов:
1)допустимая мощность рассеяния, в связи с этим они делятся на мощные, средней мощности и маломощные.
2)рабочая частота транзистора. Делятся на низкочастотный, средней частоты, высокочастотный.
3)допустимое U на переходе КЭ.
4)допустимый Iк.
5)статический коэффициент усиления β (h21)
|
Допустимые |
Uкэ , В |
Iк , А |
β (h21) |
|
2Т935А |
70 |
20 |
100 |
|
2Т608А (ср.мощности) |
60 |
0,4 |
45 |
|
2Т313Б (ср.мощности) |
50 |
0,6 |
300 |
|
2ТС622Б |
45 |
1 |
150 |
20. Схема включения транзисторов. Схема с общей базой. Хар-ки схемы
Транзистор можно представить в виде 4-х полюсника:
Из схемы видно, что у 4-х полюсника вход и выход имеет общую точку. В свете этого (какой из электродов транзистора является общим для входа и выхода) различают схемы с общей базой (ОБ), общим эмитором (ОМ), общим коллектором (ОК). Взависимости от схемы включения такие параметры как коэф. Усиления по току (КI), коэф. Усиления по U (КU) и коэф. Усиления по мощности (КP) имеют различные решения.
Схема с общей базой имеет вид:
В схеме Uвх = Uэб, Uвых = Eк – Екб ; Uвых = Iк *Rн ;
Iвх = Iэ ; Iвых = Iк
Характеристики схемы с общей базой
(коэф. усиления по току (КIБ); КUБ ; КРБ )
КIБ = ∆IВых / ∆Iвх КIБ = ∆IK / ∆IЭ = α ≈1
В схеме нет усилителя по I
КUБ = ∆Uвых / ∆Uвх = ∆Iвых * RH /∆Iвх* Rвх ≈RH /RвхБ
Коэф. усиления по U зависит от отношения RH и Rвх Б
KPБ =∆Iвых2*RH /∆Iвх2 *RвхБ ≈ RH / RвхБ = КUБ
КР = КI * KU
21. Схема с общим эмиттером (ОЭ). Основные хар-ки схемы
В схеме с общим эмиттером для входа и выхода транзистора общим является эмиттер. Схема имеет вид:
Входным напряжением в схеме Uвх явл-ся напряжение Uбэ (база эмиттер транзистора). Выходным напряжением явл-ся разность между напряжением питания (Ек-коллектора) и падением напряжения (Uкэ): Uвых = Ек-Uкэ .
В большинстве случаев Uвых считается Uвых = Iк * Rн
В схеме входным током является IБ (базы). Iвх = IБ
Выходным является ток коллектора: Iвых =Iк
Основные характеристики схемы с общим эмиттером
Коэф. усиления по току в схеме с общим эмиттером:
КIЭ = ∆Iвых /∆Iвх = ∆Iк /∆IБ =В-статический коэф. усиления.
Коэф. усиления по напряжению:
КUЭ =∆Uвых /∆Uвх = ∆Iк*Rн / ∆IБ *Rвх = ϐ * Rн/Rвх
Коэф. усиления по мощности:
Крэ = КIЭ *КUЭ = ϐ2 * Rн/Rвх , где Rвх = ∆UБЭ /∆IБ
Из характеристик следует, что схема с общим эмиттером обладает большим коэф-ом усиления по I , по U и по мощности P.
23. Транзисторные усилители.
Усилители построены на тран. подразделяются на 3 ключа.
1 . Усилители низкой частоты (УНЧ).
УНЧ усиливает сигнал в узком диапазоне частот соответст. с амплитудной част. Характеристикой различают. Предельно низкою частоту усиления и предельно высокую частоту усиления Для усилителя низкой частоты отношение лежит в пределах от = 10÷1000 и предел частоты = 20 кГц. Иногда их называют усилители звуковых частот начинает 20 кГц и заканчивается 20 кГц.
2. Усилители постоянного тока (УПТ).
В таких усилителях = 0 =100кГц
3. Широкополосные усилители
= 1 кГц верхнее = 100 мГц
Усилители характеризуются следующими коэффициентами. Коэффициент усиления по напряжению по току по мощности .
Эквивалентная схема имеет вид.
В эквивалентной схеме – внутренне сопротивление источника входного сигнала .
Из эквивалентной схемы следует чем больше усилителя по отношению источника передается на вход усилителя. Выходной сигнал определяется соотношением и чем больше , тем большая часть напряжения передается с выхода усилителя на нагрузку.
Характер. Усилителей
Усилитель бывает по току , по напряжению и по мощности .
Как и во всех других схемах усилители коэффициент определяется как отношение выхода к входу =/ .
В многокаскадных усилителях общий коэффициент усилителя равняется произведению каскадов = … часто коэффициенты определяются не в абсолютных значениях а в децибелах так = 20lg() = 20lg() = 10lg()
Если общий коэффициент усиления в абсолютных значениях равен произведению то в дб равен сумме составляющих =++…+
24. Характеристики транзисторных усилителей
Коэффициент усиления: по I (kI), по U (kU), по Р (kP).
Коэффициент определяется как отношение выхода ко входу. Например, kU=Uвых/Uвх. В многокаскадных усилителях общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления каскадов, например, Часто коэффициент усиления используют не в абсолютных значениях, а в децибеллах (дБ).
В дБ общий коэф-т усиления равен сумме составляющих. Например, kU= kU1+ kU2+…+ kUn
25. Усилители низкой частоты
Схема:
В состав схемы кроме транзистора входят: разделительные конденсаторы Ср1 и Ср2, делитель постоянного напряжения питания , коллекторное сопротивление Rк. Транзистор включается по схеме с общим эмиттером. Разделительные конденсаторы применяются для того, чтобы постоянная составляющая входного напряжения не поступала на базу транзистора и постоянная составляющая Uкэр (коллекторно-эмиттерного транзистора) не передавалась на выход схемы. Делитель предназначен для задания нач. рабочей точки по постоянному напряжению. В дальнейшем относительно этого напряжения будут изменяться как входной, так и выходной сигнал. Начальная рабочая точка выбирается на середине линейного участка входной и выходной характеристик усилителя, для того, чтобы положительная и отрицательная полуволна усиливалась одинаково. В этом случае нет в выходном напряжении нелинейных искажений. Для описания принципа действия рассмотрим 2 хар-ки училителя: входную хар-ку (зависимость тока базы Iбэ от напряжения Uбэ), выходную (зависимость тока коллектора I от напряжения Uкэ). Хар-ки имеют вид:
Рассм процессы по входной хар-ке. Допустим . В этом случае на базу транзистора подается постоянное напряжение с делителя (Uбэр). В этом случае начальная рабочая точка примет положение р’. Если на вход будем подавать , на базе транзистора будет создаваться переменное напряжение Uвхm с пьедесталом Uбэр. В результате базовый ток транзистора будет изменяться от +Iбm до – Iбm.
Представим выходную хар-ки в виде набора кривых. Состояние насыщения тока Iк по каждой кривой определяется значением тока базы. На выходную хар-ку положим нагрузочную прямую, которая проходит через 2 точки: по оси абсцисс Ек, ординат- Ек/Rк. Iк опр-ся по точкам совпадения кривых и нагрузочной прямой. Iк откладывается по оси, параллельной оси абсцисс. Т.к. =Uкэm-Uкэр, Uкэm=Ек-IкRк выходное напряжение откладывается по оси, II оси ординат. Рассмотрим 2 режима: 1) Uвх=0, при этом по входной хар-ке Iб=const и соответствует т. р’. В выходной хар-ке это соответствует Iк в т. р => Iк постоянный. Uвых=0, т.к. между Rк и выходом стоит конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую.
2) если на вход подать переменное U, это приведет к изменению Iб. Изменение Iб приведет к изменению Iк, который относительно т. Iкр будет изменяться от + Iкm до – Iкm. Это приведет к изменению Uкэm. Uкэm будет передаваться через Ср2 на выход. Т.к. в схеме Uвхm≈0.1 В, Uвыхm≈0.5 В, имеем коэф-т усиления =50. Особенность усилителя в том, что кроме усиления I, U, Pвыполняет инверсию входного сигнала на выходе.
26. Эмиттерный повторитель (ОК)
В эмиттерном повторителе транзистор включен по схеме с общим коллектором. Поэтому схема обладает всеми свойствами ранее рассмотренными. Схема эмит. повт.:
В схеме разделительные конденсаторы Ср1 и Ср2, делитель R выполняет те же функции, что в усилителе низкой частоты. Согласно св-в схемы включения транзистора с общим коллектором запишем: Uвх= Uвых- Uбэ (Uбэ≈0)
т.е., Uвых≈Uвх => коэф. усил-я по U (kU)
Входное сопротивление эмиттерного ускорителя определяется по формуле: Rвх≈βRэквн
27. Термостабилизация в усилителях низкой частоты
Т.к. в транзисторе через переход коллектор-база протекает тепловой ток Iко, который существенно зависит от t перехода, т.е. с ростом t растет Iко. Т.к. температурные изменения низкочастотные, их условно можно трактовать флуктуацию Iк, что выполняет то же самое, что и изменение начальной рабочей точки транзистора. Существенное изменение Iк может привести к значительным искажениям выходного напряжения и схемой воспринимается как изменение входного напряжения (управляющего воздействия). Чтобы устранить этот недостаток, в эмиттерную цепь усилителя устанавливается небольшое Rэ. Падение U на Rэ вычитается из U’’R,
U’’R
Таким образом, искусственно U нач. рабочей точки уменьшается, что приводит к уменьшению Iк на величину, на какую он увеличивается от увеличения Iко. Чтобы исключить эту компенсацию по переменному току (рабочий режим), параллельно Rэ включается конденсатор большой емкости Сэ. Конденсатор по переменному U шунтирует (закорачивает) Rэ. В результате падения напряжения по переменному току на цепочке Rэ-Сэ=0 и рассмотренное действие не изменяет Iк
Схема термостабилизации имеет вид:
28. Усилители постоянного тока (УПТ).
Представляет собой многокаскадную схему вида:
Нижняя частота усиления f=0. В схеме потенциал Ta=потенциалу Tв т.к. транзисторы однотипны Iэ1 = Iэ2. В схеме UкэT1 намного больше UбэT2. Чтобы сравнять потенциалы в точках а и в необходимо выбрать Rэ2>Rэ1, Rk2<Rk1. В этом случае на потенциал точки в будет оказывать влияние Uкэ но и падение напряжения на Rэ2(отрицательная обратная связь). В результате таких установок коэф. усиления по напряжению Ku2<Ku1. Следовательно многокаскадная схема усиления не дает полного эффекта многокаскадных схем нр. если усилитель построить на 3-х транзисторах то у последнего транзистора коэф. усиления будет близкий к нулю. Помимо этого недостатка схема очень чувствительна к t0 окружающей среды. Повышение температуры ведет к так называемому дрейфу нуля, что приводит к смещению начальной рабочей точки положение которой определено делителем Rб’ и Rб’’. Дрейф приводит к уменьшению коэф. усиления каскадов и к искажению переменной составляющей входного сигнала.
11
10