19 | 06 | 2018
Главное меню
Смотри
replace_in_text_segment($text); echo $text; ?> Связной
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 3765
Просмотры материалов : 8651398

Коллеги
Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Baidu]
  • [Bot]
  • [Google]
  • [Mail.Ru]
  • [Yandex]
Сейчас на сайте:
  • 62 гостей
  • 5 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Все про электронику


Усилитель Cascode PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
17.01.2017 08:31

Усилитель Cascode

Глава 4 - биполярный Транзисторы


В то время как (с общей базой) усилитель CB известен широкой полосой пропускания, чем конфигурация CE (с общим эмиттером), низкое входное сопротивление (10s из Q) ЦБ является ограничением для многих приложений. Решение состоит в том, чтобы предшествовать этап СВ на коэффициент усиления низкой ступени CE, который имеет умеренно высокое входное сопротивление (kΩs). Смотрите рисунок ниже . Этапы в каскодной конфигурации, укладываются последовательно, в отличие от каскадно для стандартной цепи усилителя. Смотрите раздел "Конденсатор соединен трехступенчатый общим эмиттером усилитель" конденсатор , соединенный на каскадный примере. Конфигурация усилителя каскода имеет и широкую полосу пропускания и умеренно высокий входной импеданс.




Усилитель каскода сочетается с общим эмиттером и общей базой. Это эквивалентная схема переменного тока с батареями конденсаторов и заменены короткого замыкания.

Ключ к пониманию широкой полосы пропускания конфигурации каскодной является эффект Миллера. Эффект Миллера является умножение грабят пропускной способности коллекторно-базовой емкости напряжением получить A V. Это СВ емкость меньше, чем емкость EB. Таким образом, можно было бы подумать, что CB емкость будет иметь незначительный эффект. Тем не менее, в конфигурации CE, выходной сигнал коллектора не совпадает по фазе с входным сигналом на базе. Сигнал коллектора емкостную связь обратно выступает против базового сигнала. Кроме того, обратная связь коллектора (1-А V) раз больше , чем базовый сигнал. Имейте в виду , что v является отрицательным числом для инвертирующего усилителя CE. Таким образом, малая емкость CB появляется (1 + A | v |) раз больше , чем его фактическое значение. Это усиление емкостной обратной связи снижения возрастает с увеличением частоты, уменьшая высокую частотную характеристику усилителя CE.

Ориентировочно коэффициент усиления по напряжению усилителя CE на рисунке ниже является -R L / R EE. Ток эмиттера устанавливается на 1,0 мА смещая. R EE = 26mV / I E = 26mV / 1,0 мА = 26 Ω. Таким образом, A v = -R L / R EE = -4700 / 26 = -181. Pn2222 техническое описание список C СВО = 8 пФ. [FAR] Емкость мельник представляет собой С СВО (1-A v). Усиление A V = -181, отрицательный результат, так как он переворачивая усиление. С мельник = С СВО (1-А V) = 8pF (1 - (- 181) = 1456pF

Конфигурация с общей базой не подвергается воздействию Миллера, поскольку заземлен база защищает сигнал от коллектора, подаваемого обратно на вход эмиттера. Таким образом, усилитель СВ имеет более высокую частотную характеристику. Для того, чтобы иметь умеренно высокий входной импеданс, этап CE все же желательно. Ключ, чтобы уменьшить коэффициент усиления (примерно до 1) сцены CE , который снижает эффект обратной связи CB Miller 1 · С СВО. Общая обратная связь CB является обратной емкости 1 · C CB плюс фактическая емкость С CB в общей сложности 2 · C СВО. Это значительное сокращение по сравнению с 181 · C СВО. Мельник емкость для усиления -2 стадии CE представляет собой С = С мельник СВО (1-A v) = C = C мельник СВО (1 - (- 1)) = C СВО · 2.

Способ уменьшить коэффициент усиления общим эмиттером для уменьшения сопротивления нагрузки. Коэффициент усиления усилителя CE составляет приблизительно R C / R E. Внутреннее сопротивление эмиттера г EE при токе эмиттера 1мА является 26Ω. Для получения дополнительной информации о 26Ω см "Вывод R EE", см РЗЭ . Коллекторной нагрузки R C представляет собой сопротивление эмиттера каскада CB загружающего ступень CE, 26Ω снова. CE коэффициент усиления усилителя усиления примерно в V = R C / R E = 26/26 = 1. Эта емкость Миллер C мельник = C СВО (1-A v) = 8pF (1 - (-. 1) = 16PF Теперь у нас есть умеренно высокое входное сопротивление стадии CE и без мук эффект Миллера, но не коэффициент усиления по напряжению CE дБ. этап CB обеспечивает усиление высокого напряжения, V = -181. Текущая прибыль каскода является β этапа CE, 1 для CB, β в целом. Таким образом, каскода имеет умеренно высокий входной импеданс CE, хороший прирост, и хорошая пропускная способность ЦБ.





SPICE: Cascode и общим эмиттером для сравнения.

Версия специя как на каскодной усилителя, а также для сравнения, усилитель с общим эмиттером показан на рисунке выше . Список соединений в таблице ниже . Источник переменного тока V3 приводов оба усилителя через узел 4. Уклон резисторы для этой схемы , рассчитанные в примере проблемы каскода .




SPICE формы волны. Обратите внимание , что вход умножается на 10 для наглядности.


SPICE списка соединений для печати входного и выходного напряжения переменного тока.

 * SPICE схема <03502.eps> от XCircuit v3.20 V1 19 0 10 13 15 Q1 0 q2n2222 Q2 3 2 A q2n2222 R1 19 13 4.7k V2 ​​16 0 1.5 C1 4 15 10n R2 15 16 80k Q3 в 5 0 q2n2222 V3 4 6 SIN (0 0,1 1k) переменного тока 1 R3 1 2 3 80k R4 9 4.7k C2 2 0 10n C3 4 5 10n R5 5 6 80k V4 1 0 11,5 V5 9 0 20 6 0 V6 1.5 .MODEL q2n2222 NPN (есть = 19f бф = 150 + VAF = 100 ИКФ = 0,18 ISE = 50p пе = 2,5 ш = 7,5 + 6,4 = вар IKR = 12m ISC = 8.7p пс = 1,2 Р.Б. = 50 + п = 0,4 гс = 0,3 CJE = 26p ТФ = 0,5 п + CJC = 11p тр = 7n XTB = 1,5 кф = 0.032f аф = 1) .tran 1u 5м .AC 10 декабря 1k 100Meg .end 

Сигналы на рисунке выше , показывают работу стадии каскодной. Входной сигнал отображается умноженное на 10, так что оно может быть показано с выходными сигналами. Обратите внимание, что как Cascode, общим эмиттером и Va (промежуточная точка) выходы инвертируются от входа. Оба Cascode и общим эмиттером имеют большие амплитуды выходов. Точка Va имеет уровень постоянного тока около 10V, примерно на полпути между 20В и землей. Сигнал больше, чем может быть объяснено усилением CE 1, это в три раза больше, чем ожидалось.




Cascode против общим эмиттером banwidth.

На рисунке выше показана частотная характеристика как с каскодных и общим эмиттером усилителей. Заявления SPICE, ответственные за анализ переменного тока, извлекаемые из списка:

 V3 4 6 SIN (0 0,1 1k) переменного тока 1
 .AC 10 декабря 1k 100Meg

Обратите внимание, что "AC 1" необходимо в конце оператора V3. Каскода имеет незначительно лучше прирост средней полосы. Тем не менее, мы в первую очередь ищем пропускной способности, измеренной на -3dB точках, по сравнению с коэффициентом усиления среднескоростного для каждого усилителя. Это показано вертикальными сплошными линиями на рисунке выше . Кроме того, можно распечатать данные, представляющие интерес из мускатного ореха к экрану, пряность графического просмотра (команда, первая строка):


 мускатный орех 6 -> частота печати дб (VM (3)) дБ (VM (13))

 Частота Индекс дБ (VM (3)) дБ (VM (13)) 
 22 0.158MHz 47,54 45,41
 33 1.995MHz 46.95 42.06
 37 5.012MHz 44,63 36,17

Индекс 22 дает выигрыш среднескоростного дБ для Cascode Vm (3) = 47.5dB и общим эмиттером виртуальной машины (13) = 45.4dB. Из многих печатных линий, индекс 33 был ближе всего к 3dB вниз от 45.4dB на 42.0dB для схемы с общим эмиттером. Соответствующий индекс 33 частота составляет приблизительно 2MHz, полоса пропускания с общим эмиттером. Индекс 37 VM (3) = 44.6db приблизительно 3db вниз от 47.5db. Соответствующая частота Index37 является 5MHZ, пропускная способность каскода. Таким образом, усилитель каскод имеет более широкую полосу частот. Мы не связаны с низкой деградации частоты усиления. Это происходит из-за конденсаторов, которые могут быть устранены с более крупными.

5МГц полосой пропускания нашего примера каскодной, в то время как лучше, чем с общим эмиттером, например, не является примером для РЧ (радиочастотного) усилителя. Пара ВЧ или СВЧ-транзисторов с более низкими емкостями междуэлектродных следует использовать для более высокой пропускной способностью. До изобретения РФ двойного затвора полевого МОП-транзистора, усилитель каскод BJT могли быть найдены в УВЧ (ультравысокой частоты) ТВ-тюнеров.

  • ОБЗОР
  • Усилитель каскод состоит из стадии с общим эмиттером , нагруженного эмиттером общей базой стадии.
  • Сильно загружен этап CE имеет низкий коэффициент усиления 1, преодолев эффект Миллера
  • Усилитель каскода имеет высокий коэффициент усиления, умеренно высокий входной импеданс, высокий выходной импеданс и высокую пропускную способность.
 
Смещающий методы (BJT) PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
17.01.2017 08:32

Смещающий методы (BJT)

Глава 4 - биполярный Транзисторы



В разделе с общим эмиттером этой главы, мы увидели анализ SPICE, где выходной сигнал напоминающее полуволны выпрямленного форму: только половина входного сигнала была воспроизведена, с другой половиной будучи полностью отрезаны. Так как наша цель в то время было воспроизвести всю форму волны, это представляет собой проблему. Решение этой проблемы в том, чтобы добавить небольшое напряжение смещения на вход усилителя так, чтобы транзистор находился в активном режиме в течение всего цикла волны. Это дополнение было названо напряжение смещения.

Выход полуволна не является проблематичным для некоторых применений. На самом деле, некоторые приложения могут потребовать этого рода усиления. Так как можно работать усилитель , отличных воспроизведение двухполупериодный и специфические приложения требуют различные диапазоны режимов воспроизводства, полезно описать степень , в которой усилитель воспроизводит кривую входного сигнала, назначив его в соответствии с классом. класс функционирование усилителя относится к категории букв алфавита: A, B, C, и AB.

Для класса А операции, весь входной сигнал будет точно воспроизводится. Хотя я не ввел эту концепцию еще в разделе с общим эмиттером, это то, что мы надеялись достичь в наших симуляций. операция класса А может быть получен только тогда, когда транзистор проводит всю его время в активном режиме, никогда не достигая либо отрезные или насыщения. Для достижения этой цели, достаточное напряжение смещения постоянного тока обычно устанавливается на уровне, необходимом для управления транзистором точно на полпути между отсечки и насыщения. Таким образом, входной сигнал переменного тока будет отлично "по центру" между высокими и низкими уровнями предельных сигнала усилителя.




Класс A: Выходной сигнал усилителя является точное воспроизведение входного сигнала.

Операция класса B это то , что мы имели в первый раз сигнал переменного тока был применен к усилителю с общим эмиттером, без напряжения смещения постоянного тока. Транзистор провел половину своего времени в активном режиме, а другая половина в отсечки с входным напряжением слишком низкое (или даже неправильной полярности!) Для прямого смещения его база-эмиттер.




Класс B: Уклон таково , что половина (180 о) сигнала воспроизводится.

Сам по себе усилитель, работающий в режиме класса В не очень полезно. В большинстве случаев, суровая искажение, вносимое в формой волны, устраняя половину его было бы неприемлемо. Тем не менее, операция класса B представляет собой полезный режим смещения , если два усилителя работают в качестве двухтактного пары, каждый усилитель обработки только половину волны в то время:




Класс B двухтактный усилитель: каждый транзистор воспроизводит половину сигнала. Объединяя половинки производит точное воспроизведение всей волны.

Транзистор Q 1 "выталкивает" (управляет выходным напряжением в положительном направлении по отношению к земле), в то время как транзистор Q 2 "тянет" выходное напряжение (в отрицательном направлении, к 0 вольт по отношению к земле). По отдельности каждый из этих транзисторов работает в режиме класса B, активна только для одной половины цикла входного сигнала. Вместе, тем не менее, обе функции, как команда для создания выходного сигнала, идентичный по форме входного сигнала.

Бесспорное преимущество класса B (двухтактный) конструкции усилителя по классу Конструкция больше характеристика выходной мощности. С дизайном класса А, транзистор рассеивает значительную энергию в виде тепла, так как он никогда не прекращает проведения тока. Во всех точках цикла волн он находится в активном режиме (ведение), проведение существенного тока и капельной значительное напряжение. Существует значительная мощность, рассеиваемая транзистором в течение всего цикла. В конструкции класса В, каждый транзистор проводит половину времени в режиме отсечки, где она рассеивает нулевой мощности (нулевой ток = нулевой мощности потерь). Это дает каждый транзистор время, чтобы "отдохнуть" и прохладный в то время как другой транзистор несет бремя нагрузки. Класс A усилители проще по конструкции, но, как правило, ограничивается приложениями сигналов малой мощности по той простой причине рассеивания тепла транзистора.

Другой класс работы усилителя , известного как класса АВ, где - то между классом А и класс В: транзистор тратит более 50% , но менее 100% от времени проводящего ток.

Если смещение входного сигнала для усилителя является слегка отрицательной (противоположной полярности смещения для класса А операция), то выходной сигнал будет дальше "подрезаны", чем это было с классом B подмагничивания, в результате чего операции, где транзистор проводит большую часть время в режиме отсечки:




Класс C: Проводимость менее чем за половину цикла (<180 °).

Во-первых, эта схема может показаться совершенно бессмысленным. В конце концов, насколько полезным может быть усилитель, если он отсекает сигнал так же плохо, как это? Если выход используется непосредственно, без кондиционирования любого рода, было бы действительно сомнительной полезности. Тем не менее, с применением контура (Параллельный резонансный комбинации индуктор-конденсатор) на выход, время от времени выходной всплеск производства усилителя может привести в движение с более высокой частотой колебаний, поддерживаемую колебательного контура. Это можно сравнить с машиной, где тяжелый маховик дается случайный "удар", чтобы держать его спиннинг:




Класс C усилитель вождения резонансный контур.

Вызывается операция класса C, эта схема также имеет высокую энергетическую эффективность из - за того , что транзистор (ы) проводят большую часть времени в режиме отсечки, где они рассеивают нулевой мощности. Скорость выходного сигнала распада (уменьшение амплитуды колебаний между "пинков" от усилителя) преувеличена здесь в пользу иллюстрации. Из-за резонансного контура бака на выходе, эта схема может использоваться только для усиления сигналов, определенной фиксированной амплитуды. Усилитель класса C может использоваться в радиопередатчика FM (частотная модуляция). Тем не менее, усилитель класса С не может непосредственно усиливать AM (амплитудной модуляцией) сигнала из-за искажения.

Другой вид работы усилителя, существенно отличается от класса A, B, AB, или C, называется класс D. Не получается путем применения конкретной меры напряжения смещения, как и другие классы эксплуатации, но требует радикального редизайна самой схемы усилителя. Это немного слишком рано в этой главе, чтобы исследовать, как именно построен усилитель класса D, но не слишком рано, чтобы обсудить его основной принцип работы.

Усилитель класса D воспроизводит профиль сигнала входного напряжения, генерируя быстро пульсирует Squarewave выход. Рабочий цикл этого выходного сигнала (время "на" по сравнению с общим временем цикла) изменяется в зависимости от мгновенной амплитуды входного сигнала. Участки в (рис ниже демонстрируют этот принцип.




Класс D усилителя: Входной сигнал и нефильтрованный выход.

Чем больше мгновенное напряжение входного сигнала, тем больше рабочий цикл выходного импульса прямоугольных. Если может быть любой цели, сформулированной конструкции класса D, то, чтобы избежать активного режима работы транзистора. Так как выходной транзистор усилителя класса D никогда не находится в активном режиме, только отсечки или насыщения, будет мало тепловой энергии рассеивается ею. Это приводит к очень высоким КПД мощности для усилителя. Конечно, недостатком этой стратегии является подавляющее присутствие гармоник на выходе. К счастью, так как эти гармонические частоты, как правило, значительно больше, чем частота входного сигнала, то они могут быть отфильтрованы фильтром нижних частот с относительной легкостью, что приводит к выходу более близко напоминающим оригинальную форму волны входного сигнала. Класс D технологии, как правило, видно, где чрезвычайно высокие уровни мощности и относительно низкие частоты встречаются, например, в промышленных инверторов (устройств преобразования постоянного тока в мощность переменного тока для запуска двигателей и других крупных устройств) и аудио усилители высокой производительности.

Термин вы, вероятно , столкнетесь в ваших исследованиях электроники нечто , называемое в состоянии покоя, который представляет собой модификатор , обозначающий нулевое входное состояние цепи. Потребляемый ток, например, величина тока в цепи с нулевым напряжением входного сигнала, поданного. напряжения смещения в цепи транзистора заставляет транзистор работать на различном уровне тока коллектора с нулевым напряжением входного сигнала, чем это было бы без этого напряжения смещения. Таким образом, величина смещения в схеме усилителя определяет его покоящиеся значения.

В усилителе класса А, ток покоя должен быть ровно половину его значения насыщения (на полпути между насыщенностью и обрезания, обрезания по определению равна нулю). Класс B и класса C усилители имеют покоящиеся текущие значения нуля, так как они должны быть отсечка при отсутствии сигнала применяется. усилители класса AB имеют очень низкие значения тока покоя, чуть выше отсечки. Чтобы проиллюстрировать это графически, "линия нагрузки" иногда построена на характерных кривых транзистора, чтобы проиллюстрировать его диапазон работы при подключении к сопротивлению нагрузки конкретного значения показано на рисунке ниже .




Пример линии нагрузки протянута через транзисторные характерные кривые от источника V к току насыщения.

Линия нагрузки представляет собой график коллектор-эмиттер в диапазоне коллекторных токов. В нижнем правом углу линии нагрузки, напряжение на максимуме и ток равен нулю, представляющий состояние отсечки. В верхнем левом углу линии, напряжения на нуле пока ток имеет максимальное значение, представляющее состояние насыщения. Точки разметки, где линия нагрузки пересекает различные кривые представляют собой транзисторных реальные условия эксплуатации для тех базовых токов данных.

Покоящейся условия эксплуатации могут быть показаны на этом графике в виде одной точки вдоль линии нагрузки. Для класса усилителя, покоя точка будет находиться в середине линии нагрузки , как в (Рисунок ниже .




Quiescent точка (точка) для класса А.

На этой иллюстрации покоя точка попадает на кривую, представляющую базовый ток 40 мкА. Если бы мы должны были изменить сопротивление нагрузки в этой цепи к большему значению, это может повлиять на наклон линии нагрузки, так как большее сопротивление нагрузки будет ограничить максимальный ток коллектора при насыщении, но не приведет к изменению напряжения коллектор-эмиттер в отрезать. Графически результат представляет собой линию нагрузки с другой левой верхней точке и той же правой нижней точке , как в (Рисунок ниже )




Линия нагрузки в результате увеличения сопротивления нагрузки.

Обратите внимание, как новая линия нагрузки не перехватывает кривую 75 мкА вдоль его плоской части, как и раньше. Это очень важно понимать, потому что без горизонтальной части характеристической кривой представляет собой состояние насыщения. Имея линию нагрузки перехватывающие кривой 75 мкА за пределами диапазона горизонтальной кривой означает, что усилитель будет насыщенным на эту сумму базового тока. Увеличение значения резистора нагрузки, что вызвало линия нагрузки на перехват 75 мкА кривой в этой новой точке, и это указывает на то, что насыщение будет происходить при меньшем значении тока базы, чем раньше.

Со старым, резистор нагрузки более низкого значения в схеме, базовый ток 75 мкА даст пропорциональный ток коллектора (базовый ток, умноженный на & beta;). В первой строке графика нагрузки, базовый ток 75 мкА дал ток коллектора почти вдвое больше, чем было получено при 40 мкА, а отношение β бы предсказать. Тем не менее, ток коллектора увеличивается незначительно между базовыми токами 75 мкА и 40 мкА, так как транзистор начинает терять достаточное напряжение коллектор-эмиттер продолжать регулировать ток коллектора.

Для поддержания линейной (без искажений) операции, транзисторные усилители должны не работать в точках, где транзистор будет насыщать; то есть, где линия нагрузки не будет потенциально падать на горизонтальной части кривой тока коллектора. Мы должны были бы добавить еще несколько кривых на графике на рисунке ниже , прежде чем мы могли бы сказать, насколько далеко мы могли "подтолкнуть" этот транзистор с увеличенными базовыми токами , прежде чем она насыщает.




Больше графиков кривых тока базы показывает детали насыщения.

Оказывается, на этом графике, что точка высшего тока на линии нагрузки, приходящейся на прямолинейном участке кривой является точка на 50 мкА кривой. Эта новая точка следует учитывать максимально допустимый уровень входного сигнала для класса А операция. Кроме того, для класса А операции, смещение должно быть установлено таким образом , чтобы в состоянии покоя точка находится на полпути между этой новой точки максимума и обрезания , показанной на рисунке ниже .




Новая точка покоя избегает область насыщения.

Теперь, когда мы знаем немного больше о последствиях различных уровней напряжения смещения постоянного тока, настало время, чтобы исследовать практические методы смещающих. До сих пор, я показал небольшой источник напряжения постоянного тока (батареи), соединенные последовательно с входным сигналом переменного тока для смещения усилителя для любой желаемой класса операции. В реальной жизни, соединение точно откалиброванной батареи к входу усилителя просто не практично. Даже если бы это было возможно настроить батарею, чтобы произвести нужное количество напряжения для любого данного требования смещения, что батарея не будет оставаться на своем напряжении, изготовленного на неопределенный срок. После того, как он начал выполнять и его выходное напряжение сник, усилитель начнет дрейфовать к операции класса B.

Возьмем эту схему, показанную в разделе с общим эмиттером для моделирования SPICE, например, на рисунке ниже .




Непрактичный смещения базовой батареи.

Это 2,3 вольт "V смещения" батареи было бы нецелесообразно включать в реальной схеме усилителя. Гораздо более практичный метод получения напряжения смещения для этого усилителя будет разработать необходимые 2,3 вольт с помощью делителя напряжения сети подключен через 15-вольтовой батареи. В конце концов, 15-вольтовой батареи уже есть по необходимости, и делителя напряжения цепи легко проектировать и строить. Давайте посмотрим , как это может выглядеть на рисунке ниже .




Напряжение смещения делителя.

Если мы выберем пару значений резисторов для R 2 и R 3 , который будет производить 2,3 вольт на R 3 в общей сложности 15 вольт (например, 8466 Ом для R 2 и 1533 Ом для R 3), мы должны иметь наше желаемое значение 2,3 вольт между базой и эмиттером для смещения без входа сигнала. Единственная проблема заключается, эта конфигурация схемы помещает источник входного сигнала переменного тока непосредственно параллельно с R 3 нашего делителя напряжения. Это неприемлемо, так как источник переменного тока будет иметь тенденцию к пересилить любое напряжение постоянного тока падает на R 3. Параллельные компоненты должны иметь одинаковое напряжение, поэтому , если источник напряжения переменного тока непосредственно соединен через один резистор делителя напряжения постоянного тока, источник переменного тока будет "выиграть" , и не будет никакого постоянного напряжения смещения добавляется к сигналу.


Один из способов сделать эту схему работы, хотя это может быть не понятно , почему он будет работать, чтобы поместить конденсатор между источником переменного напряжения и делителя напряжения , как на рисунке ниже .




Разделительный конденсатор предотвращает смещения делителя напряжения от протекающего в генератор сигналов.


Конденсатор образует фильтр высоких частот между источником переменного тока и делитель напряжения постоянного тока, проходя почти все напряжения сигнала переменного тока на транзисторе, блокируя все напряжения постоянного тока от быть закорочены с помощью источника сигнала переменного тока. Это делает гораздо больше смысла, если вы понимаете, теорему суперпозиции и как она работает. Согласно суперпозиции, любая линейная, двусторонняя схема может быть проанализирована разрозненно лишь с учетом одного источника питания в то время, а затем алгебраически добавляя эффекты всех источников питания, чтобы найти конечный результат. Если бы мы должны были отделить конденсатор и R 2 -R 3 делителя напряжения цепи от остальной части усилителя, возможно , было бы легче понять , как это суперпозицию постоянного и переменного тока будет работать.

С только источником сигнала переменного тока в силу, и конденсатор с произвольно низким сопротивлением на частоте сигнала, почти все напряжение переменного тока появляется через R 3:




Из - за очень низкого импеданса конденсатора связи в на частоте сигнала, он ведет себя так же, как кусок проволоки, таким образом , может быть опущена для этого шага в анализе суперпозиции.

Только с источником постоянного тока в эффекте, конденсатор , как представляется, обрыв цепи, и , таким образом , ни он , ни короткого замыкания источника сигнала переменного тока будет иметь никакого влияния на работу делителя напряжения R 2 -R 3 на рисунке ниже .




Конденсатор , как представляется, обрыв цепи, насколько при анализе DC обеспокоен

Сочетание этих двух отдельных анализов на рисунке ниже , мы получим суперпозицию (почти) 1,5 вольт переменного тока и 2,3 В постоянного тока, готовый быть подключен к базе транзистора.




Комбинированный переменного тока и цепи постоянного тока.

Хватит говорить-его о времени для SPICE моделирования всей схемы усилителя на рисунке ниже . Мы будем использовать значение конденсатора 100 мкФ для получения сколь угодно низкой (0,796 Ω) сопротивление при 2000 Гц:

 делитель напряжения смещения
 Vinput 1 0 sin (0 1.5 2000 0 0)
 c1 1 5 100u
 г1 5 2 1k
 r2 4 5 8466
 r3 5 0 1533
 q1 3 2 0 mod1
 rspkr 3 4 8
 v1 4 0 DC 15 
 .MODEL mod1 NPN
 .tran 0.02m 0.78m
 .plot Tran v (1,0) я (v1)
 .конец

SPICE моделирование смещения делителя напряжения.

Обратите внимание на существенное искажение в выходном сигнале на рисунке выше . Синусоида обрезаемый в течение большей части отрицательной полуволны входного сигнала. Это говорит нам о транзистор входит в режим отсечки, когда он не должен (я предполагаю, что цель класса А операции, как и раньше). Почему это? Этот новый метод смещения должен дать нам точно такое же количество напряжения смещения постоянного тока, как и раньше, не так ли?

С помощью конденсатора и R 2 -R 3 резистор сети ненагруженной, это обеспечит ровно 2,3 вольт постоянного тока на сумму смещения. Однако, как только мы подключить эту сеть к транзистору, он больше не выгружаются. Ток протягивается через базу транзистора загрузит делитель напряжения, тем самым снижая напряжение смещения линии постоянного тока для транзистора. Использование источника тока транзистора модель диода на рисунке ниже , чтобы проиллюстрировать, проблема смещения становится очевидной.




Диод модель транзистора показывает загрузку делителя напряжения.

Выход делителя напряжения зависит не только от размера его составных резисторов, но и от того, сколько тока разделяется от него через нагрузку. База-эмиттер дырочный переход транзистора является нагрузкой , что уменьшает напряжение постоянного тока падает на R 3, в связи с тем , что ток смещения соединяющего с R 3 'с током , чтобы пройти через R 2, расстроить коэффициент деления ранее установленный значения сопротивлений R 2 и R 3. Чтобы получить напряжение смещения постоянного тока в 2,3 вольт, значения R 2 и / или R 3 должны быть скорректированы , чтобы компенсировать эффект от базового тока нагрузки. Чтобы увеличить напряжение постоянного тока падает на R 3, понизить значение R 2, поднять значение R 3, или обоих.

 делитель напряжения смещения Vinput 1 0 sin (0 1.5 2000 0 0) c1 1 5 100u r1 5 2 1k r2 4 5 6k <--- R2 снизился до 6 К r3 5 0 4k <--- R3 увеличен до 4 K q1 3 2 0 mod1 rspkr 3 4 8 v1 4 0 DC 15 .MODEL mod1 NPN .tran 0.02m 0.78m .plot Tran v (1,0) я (v1) .end 
Нет искажений выходного сигнала после регулировки R2 и R3. Новые значения резистора 6 кОм и 4 кОм (R 2 и R 3, соответственно) на рисунке выше результатов в классе репродукцию сигнала, именно так , как мы хотели.
  • ОБЗОР:
  • Операция класса А представляет собой усилитель смещена находиться в активном режиме в течение всего цикла формы сигнала, таким образом , точно воспроизводя всю форму волны.
  • Операция класса B представляет собой усилитель смещена таким образом , что только половина входного сигнала получает воспроизведенный: либо положительной полуволны или отрицательной полуволны. Транзистор проводит половину своего времени в активном режиме и половины своего времени обрезания. Комплементарных пар транзисторов, работающих в работе класса B часто используются для обеспечения высокой мощности усиления в звуковых сигнальных системах, каждый транзистор обработки отдельной половины цикла сигнала пары. Работа класса B обеспечивает лучшую эффективность энергопотребления, чем класс усилителя аналогичной выходной мощности.
  • Операции класса АВ усилитель смещен в точке где - то между класса А и класса В.
  • Класс C является усилителем смещена , чтобы усилить только малую часть формы волны. Большую часть времени транзистора проводится в режиме отсечки. Для того, чтобы там быть полный сигнал на выходе, резонансный контур часто используется в качестве "маховиком", чтобы поддерживать колебания в течение нескольких циклов после каждого "удара" от усилителя. Поскольку транзистор не проводит большую часть времени, полезные действия власти высоки для усилителя класса C.
  • Операция класса D требует передовой дизайн схемы и функции по принципу представления амплитуды входного сигнала мгновенной от рабочего цикла высокочастотного прямоугольного сигнала . Выходной транзистор (ы) никогда не работают в активном режиме, только отсечки и насыщения. Мало тепловая энергия, рассеиваемая делает высокую энергоэффективность.
  • Постоянное напряжение смещения от входного сигнала, необходимого для некоторых классов работы ( в частности , класс А и класс С), могут быть получены за счет использования делителя напряжения и конденсатора связи , а не батареи , соединенный последовательно с источником сигнала переменного тока.
 
Расчеты Смещение PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
17.01.2017 08:33

Расчеты Смещение

Глава 4 - биполярный Транзисторы


Хотя схемы переключения транзистора работают без смещения, это необычно для аналоговых схем, чтобы работать без смещения. Одним из немногих примеров "TR Один из них , один транзистор радио" TR Один из них , Ч. 9 с усиливаемого AM (амплитудной модуляции) детектора. Обратите внимание на отсутствие резистор смещения на базе в этой цепи. В этом разделе мы рассмотрим несколько основных схем смещения , которые можно установить выбранный ток эмиттера I E. Учитывая желаемый ток эмиттера I E, какие значения резисторов смещения требуется, R B, R E, и т.д.?

База Bias

Простейшим смещающее применяет базовый резистор смещения между базой и V BB базовой батареи. Удобно использовать существующий запас V CC вместо нового источника смещения. Пример звукового каскада усилителя с использованием базового смещающего является "Кристалл радио с одним транзистором. , , " Кристалл радио, Ch 9 . Обратите внимание на резистор от основания к клемме аккумулятора. Подобная схема показана на рисунке ниже .

Написать КВЛ (закон напряжения Krichhoff) в уравнение о петле , содержащей батарею, R B и V BE падение диод транзистора на рисунке ниже . Обратите внимание , что мы используем V BB для основного питания, даже если это на самом деле V CC. Если β велико , мы можем сделать приближение , что I C = I E. Для кремниевых транзисторов V BE ≅0.7V.




Основание смещения

Кремниевые транзисторы малого сигнала, как правило, имеют & beta; в диапазоне 100-300. Если предположить, что мы имеем р = 100 транзистор, какое значение базового смещения резистора требуется, чтобы получить эмиттерный ток 1мА?

Решение базового смещения уравнения IE для R B и подставляя р, V BB, V BE, и я Е дает 930kΩ. Ближайшее стандартное значение 910kΩ.

Что такое ток эмиттера с резистора 910kΩ? Что такое ток эмиттера, если мы случайным образом получить р = 300 транзистор?

Ток эмиттера немного изменен при помощи стандартного значения 910kΩ резистора. Тем не менее, при изменении р от 100 до 300, ток эмиттера в три раза. Это не приемлемо в качестве усилителя мощности , если мы ожидаем , что напряжение коллектора качаться от около V CC почти до земли. Однако для сигналов низкого уровня от микро-вольт до около вольта, точка смещения может быть сосредоточено на р квадратного корня (100 · 300) = 173. Точка смещения будет по-прежнему дрейфуют значительным количеством. Тем не менее, сигналы низкого уровня не будут обрезаны.

Основание смещения его себе не подходит для высоких токов эмиттера, как он используется в усилителях мощности. Основание смещенным ток эмиттера не температура стабильна. Тепловое убегают является результатом высокого тока эмиттера вызывает повышение температуры , которое вызывает увеличение тока эмиттера, что еще больше повышает температуру.

смещения коллектор обратной связи

Вариации смещения из - за температуры и бета может быть уменьшена путем перемещения конца V BB , включенного в базовую резистор смещения к коллектору , как на рисунке ниже . Если ток эмиттера должно было возрасти, падение напряжения увеличивается R C, уменьшая V C, уменьшая I B подается обратно на базу. Это, в свою очередь, уменьшает ток эмиттера, исправляя исходного увеличения.

Написать КВЛ уравнение относительно контура , содержащего батарею, R C, R B, и V на падение. Вышедший на замену I C ≅I E и I B ≅I E / β. Решение для I Е дает уравнение IE CFB-смещения. Решение для I B дает уравнение IB CFB-смещения.




Смещения коллектор обратной связи.

Найти требуемую обратной связи коллектора резистор смещения для эмиттерный ток 1 мА, нагрузочный резистор 4.7K коллектора, и транзистор с р = 100. Найти напряжение коллектора V C. Она должна быть приблизительно на полпути между V CC и землей.

Ближайшее стандартное значение для 460k коллектора смещения обратной связи резистор 470k. Найти ток эмиттера I E с K резистор 470. Перерасчет ток эмиттера для транзистора с р = 100 и р = 300.

Мы видим, что как бета изменяется от 100 до 300, ток увеличивается эмиттера от 0.989mA до 1.48mA. Это улучшение по сравнению с предыдущей схемой базового смещения, которая имела рост по сравнению с 1.02mA к 3.07mA. смещения обратной связи коллектора вдвое стабильна, как базового смещения по отношению к бета-вариации.

Излучатель смещения

Вставка резистора R E в цепи эмиттера , как на рисунке ниже приводит к дегенерации, также известный как отрицательной обратной связи. Это выступает против изменения тока эмиттера I E вследствие температурных изменений, допуски резисторов, бета - вариации, или толерантности питания. Типичные допуски следующие: resistor- 5%, бета- 100-300, источник питания- 5%. Почему может эмиттер резистор стабилизировать изменение тока? Полярность падения напряжения на R E связано с V CC коллектора батареи. Конец резистора ближе всего к (-) клемме аккумулятора (-), конец ближе всего к (+) клемме него (+). Обратите внимание , что (-) конец R E подключен через батарею V BB и R B к основанию. Любое увеличение тока через R E увеличивает величину отрицательного напряжения , приложенного к базовой цепи, уменьшая ток базы, уменьшая ток эмиттера. Это уменьшение тока эмиттера частично компенсирует первоначальный рост.




Излучатель смещения

Следует отметить , что основанием смещения батареи V BB используется вместо V CC для смещения базы на рисунке выше . Позже мы покажем, что эмиттер смещения является более эффективным с более низкой базовой батареи смещения. В то же время, мы запишем уравнение КВЛ для контура через цепь база-эмиттер, обращая внимание на полярность на компонентах. Подставим I B ≅I E / β и решить для тока эмиттера I E. Это уравнение может быть решена для R B, уравнение: RB-эмиттера смещения, рис выше .

Перед применением уравнений: RB-эмиттер смещения и IE эмиттера смещения, рис выше , нам нужно выбрать значения для R C и R E. R C связан с V CC питания коллектора и желаемый ток коллектора I C , который мы предполагаем приблизительно ток эмиттера I E. Обычно точка смещения для V C устанавливается в половине V CC. Хотя, может быть установлена выше , чтобы компенсировать падение напряжения на эмиттер резистор R E. Ток коллектора все, что мы требуем, или выбрать. Она может варьироваться от микроампер до амперах в зависимости от рейтинга приложений и транзистора. Мы выбираем I C = 1мА, типичный для транзистора схемы слабого сигнала. Вычислим значение для R C и выберите близкое стандартное значение. Эмиттер резистор, который составляет 10-50% от сопротивления нагрузки коллектора, как правило, работает хорошо.

Наш первый пример устанавливает поставки базового смещения на высоком уровне V BB = V CC = 10V , чтобы показать , почему более низкое напряжение желательно. Определить требуемое значение базового смещения резистор R B. Выберите стандартное значение резистора. Вычислить ток эмиттера при р = 100 и р = 300. Сравните стабилизации тока в предыдущих схемах смещения.

883k резистор был рассчитан для R B, 870k выбран. При р = 100, I Е 1.01mA.

При р = 300 эмиттерные токи приведены в таблице ниже .


Ток эмиттера сравнения при р = 100, р = 300.

Уклон схема IC β = 100 IC β = 300
базового смещения 1.02mA 3.07mA
смещения обратной связи коллектора 0.989mA 1.48mA
Излучатель смещения, V BB = 10V 1.01mA 2.76mA

Таблица выше показывает , что для V BB = 10V, эмиттер-смещение не делает очень хорошую работу по стабилизации тока эмиттера. Пример эмиттера смещения лучше, чем в предыдущем примере базового смещения, но не намного. Ключ к эффективному смещения эмиттера является снижение базового питания V BB ближе к сумме смещения эмиттера.

Насколько эмиттера смещения мы имеем? Округление, что ток эмиттера раз эмиттера резистор: I E R E = (1мА) (470) = 0.47V. Кроме того, нам нужно преодолеть V BE = 0.7В. Таким образом, нам нужен V BB> (0,47 + 0,7) V или> 1.17V. Если ток эмиттера отклоняется, это число будет меняться по сравнению с поставкой фиксированной базовой V BB, вызывая коррекцию тока базы I B и ток эмиттера I E. Хорошее значение для V B> 1.17V является 2V.

Рассчитанная базовый резистор 83K значительно ниже, чем предыдущая 883k. Мы выбираем 82k из списка стандартных значений. Эмиттерные токи с 82k R B при р = 100 и р = 300 являются:

Сравнивая эмиттера токи для эмиттерного смещения с V BB = 2V при р = 100 и β = 300 к предыдущим примерам цепи смещения в таблице ниже , мы видим значительное улучшение на 1.75mA, хотя, не так хорошо , как 1.48mA коллектора Обратная связь.


Ток эмиттера сравнения при р = 100, р = 300.

Уклон схема IC β = 100 IC β = 300
базового смещения 1.02mA 3.07mA
смещения обратной связи коллектора 0.989mA 1.48mA
Излучатель смещения, V BB = 10V 1.01mA 2.76mA
Излучатель смещения, V BB = 2V 1.01mA 1.75mA

Как мы можем улучшить производительность эмиттерного смещения? Либо увеличить эмиттера резистор R E или уменьшение базового смещения питания V BB или оба. В качестве примера, мы дважды эмиттерный резистор до ближайшего стандартного значения 910Ω.

Рассчитанное R B = 39k представляет собой стандартное значение резистора. Нет необходимости пересчитывать I E при р = 100. При р = 300, то есть:

Рабочие характеристики цепи эмиттера-смещения с 910

эмиттер резистор значительно улучшен. Приведены в таблице ниже .


Ток эмиттера сравнения при р = 100, р = 300.

Уклон схема IC β = 100 IC β = 300
базового смещения 1.02mA 3.07mA
смещения обратной связи коллектора 0.989mA 1.48mA
Излучатель смещения, V BB = 10V 1.01mA 2.76mA
Излучатель смещения, V BB = 2V, R E = 470 1.01mA 1.75mA
Излучатель смещения, V BB = 2V, R E = 910 1.00mA 1.25mA

В качестве упражнения, переделки пример эмиттер-смещения с эмиттера резистор вернулся назад к 470Ω, а также поставку базового смещения уменьшается до 1,5В.

33k базовый резистор представляет собой стандартное значение, ток эмиттера при р = 100 в порядке. Ток эмиттера при р = 300:

В таблице ниже приведено сравнение результатов упражнения 1мА и 1.38mA к предыдущим примерам.


Ток эмиттера сравнения при р = 100, р = 300.

Уклон схема IC β = 100 IC β = 300
базового смещения 1.02mA 3.07mA
смещения обратной связи коллектора 0.989mA 1.48mA
Излучатель смещения, V BB = 10V 1.01mA 2.76mA
Излучатель смещения, V BB = 2V, R B = 470 1.01mA 1.75mA
Излучатель смещения, V BB = 2V, R B = 910 1.00mA 1.25mA
Излучатель смещения, V BB = 1.5V, R B = 470 1.00mA 1.38mA

Уравнения эмиттера смещения повторялись на рисунке ниже с внутренним сопротивлением эмиттера включен для большей точности. Внутреннее сопротивление эмиттера сопротивление в цепи эмиттера , содержащейся в пакете транзистора. Это внутреннее сопротивление R EE имеет большое значение , когда (внешний) эмиттера резистор R E мал, или даже нулевой. Величина внутреннего сопротивления R EE является функцией тока эмиттера I E, Таблица ниже .


Вывод г EE

          г EE = KT / I E м
          где:
                  K = 1,38 × 10 -23 Вт-сек / ° С, постоянная Больцмана
                  T = температура в градусах Кельвина ≅300.
                  I E = ток эмиттера
                  м = колеблется от 1 до 2 для кремния
          г ЕЕ ≅ 0.026V / I E = 26mV / I E               

Для справки приближение 26mV перечислен как уравнение РЗЭ на рисунке ниже .




Излучатель-смещения уравнений с внутренним эмиттера сопротивление г EE включено ..

Более точные эмиттера смещения уравнения на рисунке выше , могут быть получены путем записи уравнения КВЛ. В качестве альтернативы, начните с уравнениями IE эмиттерного смещения и R B эмиттерного смещения на рис предыдущей , подставляя Р Е с г EE + R E. В результате уравнений IE EB и RB EB соответственно на рисунке выше .

Повторить вычисление R B в предыдущем примере эмиттерного смещения с включением г EE и сравнить результаты.

Включение г EE в результатах расчета в более низком значении базового резистора R B A , показанной в таблице ниже . Она падает ниже стандартного значения 82K резистор вместо над ним.


Влияние включения г ЭО на вычисленного R B

г EE? г EE Значение
Без г EE 83K
С г EE 80.4k

Обходной емкостные для R E

Одна из проблем , с уклоном эмиттера является то , что значительная часть выходного сигнала падает через эмиттерный резистор R E (рисунок ниже ). Это падение напряжения на эмиттерном резисторе последовательно с основанием и противоположной полярности по сравнению с входным сигналом. (Это аналогично общей конфигурации коллектора, имеющего <1 усиления.) Это вырождение резко снижает коэффициент усиления от основания к коллектору. Решение для усилителей сигнал переменного тока, чтобы обойти эмиттерный резистор с конденсатором. Это восстанавливает усиление переменного тока, так как конденсатор является коротким для сигналов переменного тока. Излучатель постоянного тока до сих пор испытывает вырождение в эмиттер резистор, таким образом, стабилизации постоянного тока.




Cbypass требуется для предотвращения снижения коэффициента усиления переменного тока.

Какое значение перепускной конденсатор должен быть? Это зависит от самой низкой частоты, чтобы усилиться. Для радиочастот Cbpass будет небольшим. Для аудио усилителя, простирающейся до 20Гц это будет большой. А "правило большого пальца" для обходного конденсатора является то, что реактивное сопротивление должно быть 1/10 сопротивления эмиттера или менее. Конденсатор должен быть рассчитан на самых низких частот усиливаемого. Конденсатор для аудио усилителя, покрывающей 20Гц до 20кГц будет выглядеть так:

Следует отметить , что внутреннее сопротивление эмиттера R ЭЭ не обойден обходного конденсатора.

смещения делителя напряжения

Стабильная смещения эмиттер требует питания смещения низкого базового напряжения, рис ниже . Альтернатива базовой поставки V BB представляет собой делитель напряжения , основанный на V CC питания коллектора.




Делитель напряжения смещения заменяет базовую батарею с делителя напряжения.

Метод проектирования должен сначала разработать дизайн-эмиттер смещения, а затем преобразовать его в конфигурацию смещения делителя напряжения с помощью теорема тевенина. [TK1] Шаги представлены графически на рисунке ниже . Нарисуйте делитель напряжения без присвоения значений. Перерыв делитель свободной от основания. (База транзистора нагрузка.) Применить теорему Thevenin, чтобы дать одну Thevenin эквивалентное сопротивление Rth и источник напряжения Vth.




Теорема Thevenin преобразует делитель напряжения к одному источнику Vth и сопротивление Rth.

Эквивалентное сопротивление Thevenin является сопротивление от точки нагрузки (стрелка) с батареей (V CC) снижается до 0 (земля). Другими словами, R1 || R2.The Thevenin эквивалентное напряжение напряжение холостого хода (нагрузка снята). Этот расчет методом коэффициент деления напряжения. R1 получается исключением R2 из пары уравнений для Rth и Vth. Уравнение R1 в терминах известных величин Rth, Vth, VCC. Обратите внимание , что Rth является R B, то резистор смещения от конструкции эмиттерной смещения. Уравнение дл R2 в терминах R1 и Rth.

Преобразовать этот предыдущий пример эмиттер-смещения на делитель напряжения смещения.




Пример Излучатель смещения преобразуется в смещения делителя напряжения.

Эти значения были предварительно выбраны или вычислены для примера эмиттерных смещения

Подставляя V CC, V BB, R B дает R1 и R2 для конфигурации делителя напряжения смещения.

R1 представляет собой стандартное значение 220K. Ближайшее стандартное значение для R2, ​​соответствующий 38.8k является 39k. Это не меняет I E достаточно для нас , чтобы вычислить его.

Задача: Вычислить резисторов смещения для усилителя каскодной на рисунке ниже . V В2 напряжение смещения для общего этапа эмиттера. V B1 представляет собой довольно высокое напряжение 11,5 , потому что мы хотим с общей базой этап держать излучатель на 11.5-0.7 = 10.8V, около 11V. (Это будет 10V после учета падения напряжения на R B1.) То есть, с общим базовым этапом является нагрузкой, заменой резистора, для коллектора на стадии общего эмиттера. Мы желаем ток 1мА эмиттера.




Уклон для усилителя каскодной.

Проблема: Преобразование базы резисторов смещения для каскодной усилителя к делителя напряжения резисторов смещения , приводимых в действие V CC 20В.

Диаграмма окончательная схема показана в главе "Практические аналоговые схемы", "Класс усилителя каскода. , , " Каскода, Ч. 9 .

  • ОБЗОР:
  • Смотрите рисунок ниже .
  • Конфигурация схемы Выбор смещения
  • Выберите R C и I E для предполагаемого применения. Значения для R C и I Е должен нормально установить коллектор напряжение V C до 1/2 V CC.
  • Расчет базового резистора R B , чтобы достичь желаемого тока эмиттера.
  • Перерасчет ток эмиттера I E для стандартных резисторов значение , если это необходимо.
  • Для смещения делителя напряжения,, выполнять вычисления эмиттера смещения, а затем определить, R1 и R2.
  • Для усилителей переменного тока, шунтирующий конденсатор параллельно с R E улучшает коэффициент усиления переменного тока. Набор X C ≤0.10R E для низких частот.



 
Ввод и вывод муфты PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
17.01.2017 08:34

Ввод и вывод муфты

Глава 4 - биполярный Транзисторы


Для того, чтобы преодолеть проблему создания необходимого постоянного напряжения смещения для входного сигнала на усилитель не прибегая к вставке батареи последовательно с источником сигнала переменного тока, мы использовали делитель напряжения, подключенный параллельно источнику питания постоянного тока. Для того, чтобы сделать эту работу в сочетании с входным сигналом переменного тока, мы "в сочетании" источник сигнала делителя через конденсатор, который выступал в качестве фильтра высоких частот. С помощью этой фильтрации на месте, низкий импеданс источника сигнала переменного тока не может "закоротить" напряжение постоянного тока падает на нижней резистор делителя напряжения. Простое решение, но не без недостатков.

Наиболее очевидным является тот факт, что с помощью конденсатора фильтра верхних частот для соединения источника сигнала к усилителю означает, что усилитель может только усиливать сигналы переменного тока. Стабильное, постоянное напряжение подается на вход будет заблокирован конденсатора связи так же, как напряжение смещения делителя напряжения блокируется от источника входного сигнала. Кроме того, поскольку емкостное сопротивление зависит от частоты, сигналы переменного тока ниже частоты не будут усилены так же, как более высокочастотных сигналов. Несинусоидальный сигналы будут иметь тенденцию быть искажены, поскольку конденсатор реагирует по-разному на каждой из составляющих гармоник сигнала. Ярким примером этого может быть низкочастотный сигнал прямоугольной формы на рисунке ниже .




Емкостную связь низкой частоты прямоугольной волны показывает искажение.

Кстати, эта же проблема возникает , когда входы осциллографа установлены в режим "AC" сочетания , как на рисунке ниже . В этом режиме, разделительный конденсатор монтируется последовательно с измеренным сигналом напряжения, чтобы исключить любое вертикальное смещение отображаемого сигнала из-за постоянного напряжения в сочетании с сигналом. Это прекрасно работает, когда переменная составляющая тока измеряемого сигнала имеет достаточно высокую частоту, а конденсатор дает мало импеданс сигнала. Тем не менее, если сигнал с низкой частотой, или содержит значительные уровни гармоник в широком диапазоне частот, дисплей осциллографа формы сигнала не будет точным. (Рисунок ниже ) Низкочастотные сигналы могут быть просмотрены путем установки осциллографа "DC связи" на рисунке ниже .




При связи по постоянному току, осциллограф правильно указывает на форму квадратной волны , идущей от генератора сигналов.




Низкая частота: С переменному току, верхних частот фильтрации конденсатора связи искажает форму прямоугольной волны, так что то , что видно не является точным представлением реального сигнала.

В тех случаях , когда ограничения емкостной связи (рис выше ) была бы невыносимой, можно использовать другое решение: прямое соединение. Прямое соединение позволяет избежать использования конденсаторов или любой другой частотно-зависимый компонент связанности в пользу резисторов. Схема усилитель постоянного тока показан на рисунке ниже .




Усилитель с прямой связью: прямое соединение с динамиком.

При отсутствии конденсатора для фильтрации входного сигнала, этот вид связи экспонатов нет частотная зависимость. сигналы постоянного и переменного тока, так будет усилен транзистором с тем же коэффициентом усиления (транзистор может сама, как правило, чтобы усилить некоторые частоты лучше, чем другие, но это уже другая тема совсем!).

Если прямое соединение работ для постоянного тока, а также для сигналов переменного тока, то зачем использовать емкостную связь для любого приложения? Одной из причин этого может быть , чтобы избежать каких - либо нежелательных напряжение смещения постоянного тока , естественным образом присутствуют в усиливаемого сигнала. Некоторые сигналы переменного тока могут быть наложены на неконтролируемой право постоянного напряжения от источника, и неконтролируемое напряжение постоянного тока сделало бы надежный транзистор смещения невозможно. Фильтрации высоких частот, предлагаемый конденсатор будет хорошо работать здесь, чтобы избежать смещения проблемы.

Еще одна причина для использования емкостной связи, а не прямой является его относительное отсутствие затухания сигнала. Прямое соединение через резистор имеет тот недостаток, что уменьшение или ослабление, входной сигнал таким образом, что только часть ее достигает базы транзистора. Во многих случаях, некоторое ослабление необходимо в любом случае, чтобы предотвратить уровни сигналов от "перевозбуждение" транзистор в отсечки и насыщения, так что любое ослабление присущие сети сочетания полезно в любом случае. Тем не менее, некоторые приложения требуют , чтобы не было никакой потери сигнала от входного подключения к базе транзистора для максимального усиления напряжения, а также прямой схемы связи с делителя напряжения для смещения просто не будет хватать.

До сих пор мы обсуждали несколько способов соединения входного сигнала к усилителю, но не был рассмотрен вопрос о связи выхода на усилитель к нагрузке. Пример схемы для иллюстрации ввода муфты будет хорошо служить для иллюстрации вопросов, связанных с выходом связи.

В нашем примере схемы, нагрузка находится динамик. Большинство ораторов электромагнитные в дизайне: то есть, они используют силу, генерируемую облегченной катушкой электромагнита, подвешенного в сильном поле постоянного магнита, чтобы переместить тонкую бумагу или пластмассовый конус, производя вибрации в воздухе, который наши уши интерпретируют как звук. Под действием приложенного напряжения одной полярности перемещает конус наружу, в то время как напряжение противоположной полярности переместит конус внутрь. Чтобы воспользоваться полной свободой конуса движения, говорящий должен получить истинную (несмещенную) переменное напряжение. DC напряжение смещения, приложенное к катушке громкоговорителя смещает конус от его естественного центрального положения, и это ограничивает движение назад и вперед он может выдержать от приложенного напряжения переменного тока без overtraveling. Тем не менее, в нашем примере схема (рисунок выше ) применяет изменяющееся напряжение только одной полярности через динамик, так как динамик подключен последовательно с транзистором , который может только проводить ток в одну сторону. Это было бы неприемлемо для любого аудио усилителя высокой мощности.

Каким-то образом мы должны изолировать динамик от смещения постоянного тока коллектора, так что он получает только переменное напряжение. Одним из способов достижения этой цели является пара цепи коллектора транзистора на динамик через трансформатор на рисунке ниже )




Трансформатор муфта изолирует DC от нагрузки (динамик).

Напряжение , индуцированное во вторичной (акустической стороне) трансформатора будет строго из - за изменений тока коллектора, так как взаимная индуктивность трансформатора работает только на изменении тока обмотки. Другими словами, только часть переменного тока сигнала коллектора будет соединен с вторичной стороне для питания громкоговорителя. Спикер будет "видеть" истинный переменный ток на его клеммах, без какого-либо смещения постоянного тока.

Выходной трансформатор связи работает, и имеет дополнительное преимущество быть в состоянии обеспечить согласование импеданса между цепью транзистора и катушки громкоговорителя с отношениями пользовательских обмотки. Тем не менее, трансформаторы, как правило, большие и тяжелые, особенно для применений высокой мощности. Кроме того, трудно спроектировать трансформатор для обработки сигналов в широком диапазоне частот, который почти всегда требуется для аудио-приложений. Что еще хуже, постоянный ток через первичную обмотку добавляет к намагниченности сердечника в одной полярности, которая только стремится сделать сердечник трансформатора насытить более легко в одном цикле полярности переменного тока, чем другой. Эта проблема напоминает имеющие динамик, непосредственно соединенный последовательно с транзистором: а ток смещения постоянного тока, как правило, для ограничения времени амплитуды выходного сигнала, система может работать без искажений. В целом, хотя, трансформатор может быть предназначен для обработки намного больше тока смещения постоянного тока, чем динамик без запуска в неприятности, поэтому трансформаторная связь по-прежнему является жизнеспособным решением в большинстве случаев. См соединительный трансформатор между Q4 и динамика, Regency TR1, Ch 9 в качестве примера трансформаторной связи.

Другой метод , чтобы изолировать динамик от постоянного тока смещения в выходном сигнале является изменение цепи немного и использовать разделительный конденсатор аналогично сцепных входного сигнала (рисунок ниже ) к усилителю.




Конденсатор связи изолирует DC от нагрузки.

Эта схема на рисунке выше напоминает более традиционную форму усилитель с общим эмиттером, с коллектором транзистора , подключенного к батарее через резистор. Конденсатор действует как фильтр высоких частот, передавая большую часть напряжения переменного тока на громкоговоритель, блокируя все напряжения постоянного тока. Опять же, значение этого конденсатора связи выбирается таким образом, чтобы его импеданс на ожидаемой частоте сигнала будет сколь угодно низкой.

Блокирование напряжения постоянного тока от выхода на усилитель, будь это через трансформатор или конденсатор, полезен не только в соединительном усилителя к нагрузке, но и в соединительном один усилитель к другому усилителю. "" Усилители Постановка часто используются для достижения более высоких усиления по мощности , чем то , что было бы возможно с использованием одного транзистора , как на рисунке ниже .





Конденсатор соединен трехступенчатый усилитель с общим эмиттером.

В то время как можно непосредственно пара каждой стадии к другой (через резистор , а не конденсатор), это делает весь усилитель очень чувствительны к изменению напряжения смещения постоянного тока первой ступени, так как, что напряжение постоянного тока будет усиливаться вместе с АС не сигнализировать до последней стадии. Другими словами, смещение первого этапа будет влиять на смещение второго этапа, и так далее. Тем не менее, если этапы емкостную связь показано на рисунке выше, смещающее одной ступени не оказывает никакого влияния на подмагничивания следующего, потому что напряжение постоянного тока блокируется от передачи к следующему этапу.

Трансформаторной связи между усилительных каскадов также возможность, но реже видно из-за некоторых проблем, присущих трансформаторам, упомянутых ранее. Заметным исключением из этого правила в радиочастотном усилители (рис ниже ) с небольшими трансформаторов связи, имеющие воздушные ядра ( что делает их иммунитет к эффектов насыщения), которые являются частью резонансного контура , чтобы блокировать нежелательных частот гармоник от передачи последующего этапы. Использование резонансных схем предполагает, что частота сигнала остается постоянной, что характерно для радио схемы. Кроме того, "Маховик" эффект контуров LC-цистерн позволяет работать класса C для обеспечения высокой эффективности.




Трехступенчатый настроенный усилитель ВЧ иллюстрирует трансформаторной связи.

Обратите внимание на связь между трансформатором транзисторов Q1, Q2, Q3, и Q4, Regency TR1, Ch 9 . Три промежуточной частоты (ПЧ) трансформаторам в штриховой коробками пару ПЧ сигнал от коллектора к базе транзистора следующего УПЧ. Промежуточные усилители поддерживают нагрузку Freqency являются усилители ВЧ, тем не менее, на другой частоте , чем на входе антенны РЧ.

Сказав все это, следует отметить , что можно использовать прямую связь внутри транзистора схемы усилителя многоступенчатой. В тех случаях, когда усилитель, как ожидается, обрабатывать сигналы постоянного тока, это является единственной альтернативой.

Тенденция электроники к более широкому использованию интегральных схем поощряет использование прямой связи через трансформатор или конденсатор связи. Только легко изготовить интегрированный компонент цепи транзистор. Умеренный резисторы качества также могут быть произведены. Несмотря на то, транзисторы являются предпочтительными. Интегрированные конденсаторы только несколько 10-х пФ возможны. Большие конденсаторы не интегрируемой. При необходимости они могут быть внешними компонентами. То же самое относится и к трансформаторам. Так как интегрированные транзисторы недороги, так как многие транзисторы, насколько это возможно замещены для обижая конденсаторов и трансформаторов. Как много прямых в сочетании усиления, насколько это возможно разработан в ИС между внешними компонентами связи. В то время как внешние конденсаторы и трансформаторы используются, они даже разрабатываются, если это возможно. Результатом является то , что современный IC радио (См "IC радио", Ch 9 )

не имеет ничего общего с оригинальной 4-транзисторный радиоприемник Regency TR1, Ch 9 .

Даже дискретные транзисторы недороги по сравнению с трансформаторами. Объемные трансформаторы аудио могут быть заменены транзисторами. Например, с общим коллектором (эмиттерный повторитель) конфигурация может соответствовать импеданс низкий выходной импеданс, как громкоговоритель. Кроме того, можно заменить конденсаторы большой емкости муфта с транзистором схемами.

Мы по-прежнему хотим показать тексты с трансформаторной связью звуковых усилителей. Схемы просты. Количество компонента является низким. И это хороший вводный circuits- легко понять.

Схема на рисунке ниже (а) представляет собой упрощенную трансформатор в сочетании двухтактный усилитель звука. В двухтактном, пары транзисторов поочередно усиливают положительные и отрицательные части входного сигнала. Ни один транзистор, ни другие не проводит ток для входного сигнала. Положительный входной сигнал будет положительным на верхней части вторичной обмотки трансформатора, вызывая верхний транзистор вести. Отрицательный вход даст положительный сигнал в нижней части вторичной, вождение нижний транзистор в проводящее состояние. Таким образом, транзисторы усиливают альтернативные половины сигнала. Как нарисовано, ни один из транзисторов на рисунке ниже (а) проведет для входа ниже 0,7 Vpeak. Практическая схема соединяет вторичный центральный отвод к делителем вместо земли 0,7 В (или больше) для смещения транзистора как для истинного класса B.




(а) трансформатор в сочетании двухтактный усилитель. (б) усилитель Direct в сочетании дополняют друг друга пара заменяет трансформаторы с транзисторами.

Схема на рисунке выше (б) представляет собой современный вариант , который заменяет функции трансформатора с транзисторами. Транзисторы Q 1 и Q 2 представляют собой общие усилители эмиттера, инвертирование сигнала с коэффициентом усиления от основания к коллектору. Транзисторы Q 3 и Q 4, известны в качестве дополнительной пары , потому что эти типа NPN и PNP транзисторы усиливают альтернативные половины (положительные и отрицательные, соответственно) сигнала. Параллельное соединение основания позволяет фазорасщепление без входного трансформатора (а). Динамик нагрузка эмиттер для Q 3 и Q 4. Параллельное соединение эмиттерами транзисторов NPN и PNP исключает центральную отводом выходной трансформатор на (а) низкое выходное сопротивление эмиттерного повторителя служит для соответствия с низким сопротивлением 8 Ом динамика к предыдущему общему стадии эмиттера. Таким образом, недорогие транзисторы заменить трансформаторы. Для полной схемы приведена в разделе "Прямое соединение комплементарной симметрией 3 Вт аудио усилитель," Ch 9

  • ОБЗОР:
  • Емкостная связь действует как фильтр высоких частот на входе усилителя. Это приводит к тому, уменьшение коэффициента усиления напряжения усилителя на низких частотах сигнала. Емкостной связью усилители все, но не реагирует на входные сигналы постоянного тока.
  • Прямое соединение с резистором вместо последовательного конденсатора позволяет избежать проблемы частотно-зависимый коэффициент усиления, но имеет недостаток, заключающийся в снижении коэффициента усиления усилителя для всех частот сигнала путем ослабления входного сигнала.
  • Трансформаторы и конденсаторы могут быть использованы для соединения выходного сигнала усилителя с нагрузкой, чтобы устранить напряжение постоянного тока от попадания в нагрузку.
  • Многоступенчатые усилители часто используют емкостной связи между этапами, чтобы устранить проблемы, связанные с уклоном от одного этапа, влияющих на смещение другого.
 
« ПерваяПредыдущая12345678910СледующаяПоследняя »

Страница 7 из 156
Для тебя
Читай
Товарищи
Друзья