Студопедия

Главная страница Случайная лекция


Мы поможем в написании ваших работ!

Порталы:

БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика



Мы поможем в написании ваших работ!




Схемы апериодических усилителей на полевых транзисторах

Читайте также:
  1. Базовые логические схемы
  2. Булева алгебра и логические схемы ЭВМ
  3. В настоящее время на практике нашли распространение следующие схемы выпрямителей.
  4. Влияние отрицательной обратной связи на параметры усилителей
  5. Второй конструктивный тип надстроек. Надстройки с изменением конструктивной схемы позволяют наращивать здания на несколько этажей.
  6. Выбор заготовки и баз при обработке заготовки. Понятие о базах. Правила базирования. Схемы базирования. Погрешность базирования. Условные обозначения базирующих элементов.
  7. Выбор интерфейсов измерительных систем. Структурные схемы интерфейсов.
  8. Выбор конструктивной схемы перекрытия
  9. ВЫБОР МЕСТА ДЛЯ РАЗВЕРТЫВАНИЯ АПТЕК. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ РАЗВЕРТЫВАНИЯ АПТЕК. ОБОРУДОВАНИЕ РАБОЧИХ МЕСТ АПТЕКИ ТАБЕЛЬНЫМ МЕД ИМУЩЕСТВОМ
  10. Выведение токсичных веществ из организма — детоксикация в полевых условиях. Принципы антидотной терапии

 

Усилитель на лампе триод, включённой по схеме с общим катодом (ОКат). Усилители с общим катодом (ОКат) чаще всего применяются на практике, так как они обладают наи­большим коэффициентом усиления по мощности КР.

Усилительный каскад по схеме с ОКат аналогичен схемам на биполярном транзисторе с ОЭ и на полевом транзисторе с ОИ. Типичная схема усилителя на триоде, включённом по схеме ОКат, приведена на рис.2.

Назначение деталей аналогично усилителям на транзисторах по схемам ОЭ и ОИ. Режим лампы задаётся напряжением анодного источника ЕАи напряжением смеще­ния UСМ, подаваемым на управляющую сетку лампы при помощи цепочки RKCK в цепи катода. Конденсатор СК блокирует резистор RKпо переменной составляющей анодного тока.

Напряжение сигнала uВХ,подлежащее усилению, подводится в цепь сетки от источника входного сигнала ег, с внутренним сопротивлением RГ, через разделительный конденсатор СР1. Разделительный конденсатор входной цепи СР1 препятствует передаче постоянной составляющей напряжения входного сигнала uВХ на вход усилителя, которая может вызвать нарушение режима работы триода.

Усиленное переменное напряжение, выделяемое на аноде, подводится к внешней нагрузке с сопротивлением RH через разделительный конденсатор СР2. Конденсатор СР2 необходим для разделения выходной анодной цепи от внешней нагрузки Rн по постоянной составляющей анодного тока IА0. Чаще всего, внешняя нагрузка Rн – это входное сопротивление последующего каскада усиления.

 

uВХ uА

Uвх.m UАm

 

 


 

 

0 t1 t2 t3 t

 

 


 

UA0

 

 

 


uC

0 t

 

 

– UC0 0 t

 

UCm

iA uВЫХ

 

 

Uвых.m

IA0

 

IAm 0 t

0 t

 

 

Рис.5. Графики, поясняющие работу усилителя

 

Усилитель может работать в двух режимах: покоя – нет входного сигнала; динамическом – на вход поступает сигнал, например, с эдс еВХ = Еm sinωt. Работа усилителя поясняется графиками токов и напряжений, изображёнными на рис.5.

В режиме покоя (на рис.5 это отрезок времени от 0 до t1), т.е. при uВХ = 0, в цепи катода и анода будут протекать постоянные токи анода и катода – токи покоя IА0 и IК0. Т.к. при отрицательном напряжении UС ток сетки IC = 0, следовательно, IА0 = IК0 . Величина этих токов определяется величиной постоянного напряжения на сетке UС = U = UCM – напряжением смещения.

Ток покоя анода IА0, протекая через резистор RА, создаёт на нем падение напряжения URа = IА0RА. Поэтому напряжение на аноде UА0 в режиме покоя меньше напряжения ЕА (рис.5) и определяется из условия

 

UА0 = ЕК – IА0 (RА + RК) = ЕА – URа – URк.

 

С учётом величин напряжений, т.к. URа ≫ URк, можно записать UА0 ≈ ЕА – URа.

Выходное напряжение в режиме покоя, равно нулю uВЫХ = 0, т.к. разделительный конденсатор СР2 постоянный ток и напряжение не пропускает.

В динамическом режиме на вход поступает сигнал, изменяющийся по закону uВХ = Uвxm sinωt.

Под действием отрицательного полупериода входного напряжения Uвxm отрицательное напряжение на сетке UС увеличивается (см.рис.5), что вызывает уменьшение тока анода iА относительно тока покоя IА0.

При положительном полупериоде входного напряжения, отрицательное напряжение на сетке UС уменьшается (см.рис.5), что вызывает увеличение тока анода iА относительно тока покоя IА0.

Следовательно, в цепи анода кроме постоянной составляющей тока IА0 протекает переменная составляющая тока IАm sin ωt

 

iА = IА0 + IАm sin ωt ,

 

где IАm – амплитуда синусоидальной составляющей анодного тока.

Изменение анодного тока сопровождается изменением падения напряжения на резисторе RА и на аноде лампы. При увеличении анодного тока iА растёт падение напряжения на резисторе RА и уменьшается на аноде лампы.

Поскольку по резистору RА протекает как постоянная IА0, так и переменная IАmsinωt составляющая анодного тока, то падение напряжения на нем можно представить в виде

 

uRa = RAiA = RAIА0 + RAIАmsinωt/

 

При этом напряжение на аноде uА, равное разности ЕА – URa , определяется из соотношения

 

uА = ЕА – RAIА0 – RА IАm sin ωt.

 

Из этого уравнения видно, что переменное напряжение на аноде uА также изменяется по синусоидальному закону.

Переменная составляющая RАIАmsinωt = UАmsinωt = UВЫХmsinωt напряжения uА через разделительный конденсатор Ср2, не пропускающий только постоянную составляющую, поступает на выход усилителя, т.е. в нагрузку.

При правильном выборе сопротивления резистора RА, амплитуда выходного напряжения будет больше амплитуды входного сигнала Uвыxm ≫ Uвxm.

Это свидетельствует об усилении сигнала в схеме усилителя на триоде, включённом по схеме с ОКат.

Схема усилителя на триоде, включённом по схеме с ОКат, изменяет фазу входного сигнала на 180°, т.е. инвертирует входной сигнал (см. рис.5).

Коэффициент усиления по напряжению усилительных каскадов на лампах в области средних частот определяется равенством

 

KU = – SRАН,

 

где S – крутизна анодно-сеточной характеристики лампы, RАН – сопротивление нагрузки, определяемое по формуле RАН = RА RН / (RА + RН). Знак минус в выражении KU указывает на то, что усилительный каскад с ОКат меняет фазу усиливаемого сигнала на 180°.

Входное сопротивление зависит от сопротивления резисторов, подсоединённых к сетке RВХ ≈ RС. Выходное сопротивление определяется по формуле RВЫХ ≈ RА.

 

Усилитель на лампе триод, включённой по схеме с общей сеткой (ОСет).

Усилитель на триоде с общей сеткой (рис.4,а) по свойствам аналогичен схемам с ОБ на биполярном транзисторе и с ОЗ на полевом.

Схема с ОСет не усиливает ток, поэтому коэффициент усиления по мощности во много раз меньше, чем в схеме с ОКат. Эта схема имеет малое входное сопротивление, потому что входным током является ток катода. Фаза напряжения при усилении не инвертируется. Усилители по схеме с ОСет применяются, как правило, только на достаточно высоких частотах или редко, как динамические нагрузки других каскадов.

Усилитель на лампе триод, включённой по схеме с общим анодом (ОА) – катодный повторитель. Усилитель на триоде, включённом по схеме с общим анодом, обычно называют катодным повторителем, т.е. устройством не изменяющем поляр­ность (фазу) подаваемого на вход сигнала.

На рис.4,б приведена схема катодного повторителя на триоде. По своим свойствам он аналогичен эмиттерному повторителю на биполярном транзисторе или истоковому повторителю на полевом транзисторе – обладает большими входным сопротивлением и коэффициентом усиления по току, малым выходным сопротивлением.

Основные параметры для этой схемы можно определить по формулам

 

 

 

RВХ ≈ RС .

 

Обычно КU = 0,95-0,99, поэтому выходной сигнал по амплитуде почти повторяет входной. Фазу входного сигнала на выходе этот усилитель не изменяет.

Благодаря малому RВЫХ катодный повторитель рав­номерно воспроизводит сигналы в широкой полосе частот.

Высокое RВХ катодных повторителей используется для уменьшения связи между каскадами. Повторитель, подключённый к выходу предыдущего каскада, практически не оказывает на него влияние вследствие высокого RВХ.

Катодные повторители используются во входных каскадах в тех слу­чаях, когда источник сигнала имеет высокое внутреннее сопротив­ление.

Повторители также используются в качестве усилителей мощ­ности. Не усиливая напряжение, они в то же время позволяют получать значительные выходные токи, а следовательно, и мощ­ность в нагрузке. Усилители мощности на катодных повторителях строятся как по однотактной, так и по двухтактной схемам. Двухтактная схема повторителя позволяет значительно повысить коэффициент полезного действия усилителя.

 

Усилитель на лампе тетрод или пентод, включённой по схеме с общим катодом (ОКат). Усилители на тетродах или пентодах дают большее усиление, чем каскады на триодах. Пентоды отличаются от тетродов более высоким коэффициентом усиления, достигающим иногда нескольких тысяч. Каскады на пентодах лежат в основе построения широкополосных ламповых усилителей.


Схема апериодического, т.е. с нерезонансной нагрузкой, усилителя на пентоде или тетроде (рис.6) отличается от схемы на триоде наличием цепи питания экранирующей сетки.

 

 

а) б)

 

Рис.6 Апериодические усилители: а – на пентоде, б – на тетроде

 

В маломощных усилителях конденсатор СЭ = 0,5…10 мкФ, анодная нагрузка усилителя RА = (0,1 … 0,2)Ri, где Ri – внутреннее сопротивление лампы переменному току, a RЭ – сотни килоом.

Назначение элементов, принцип действия, графики, поясняющие работу в режимах покоя и динамическом, основные свойства и параметры режима усиления такие же, как у усилителя на триоде.

Тетроды и пентоды используются только с включением по схеме с общим катодом, т.к. схемы с общим анодом (ОА) и общей сеткой (ОСет) на этих лампах имеют очень много недостатков.


[1] По субъективному мнению некоторых меломанов, «ламповый» звук принципиально отличается от «транзисторного». Одно из объяснений различий лампового и транзисторного звука – «естественность» звучания. Ламповый звук «объёмный» в отличие от «плоского» транзисторного. Hi-Fi (англ. High Fidelity – высокая точность, высокая верность) – термин, означающий, что воспроизводимый звук очень близок к оригиналу. Hi-End (от англ. High End) аппаратурой производители называют эксклюзивную, дорогостоящую звуковоспроизводящую аппаратуру, в которой применяются нестандартные технические решения, использование которых не является экономически обоснованным для серийной аппаратуры.

Схемы апериодических усилителей на полевых транзисторах

 

Усилители на полевых транзисторах обладают большим входным сопротивлением. Обычно такие усилители используются как первые каскады входных (предварительных) усилителей, усилителей постоянного тока измерительной и другой радиоэлектронной аппаратуры.

Применение в первых каскадах усилителей с большим входным сопротивлением позволяет согласовывать источники сигнала с большим внутренним сопротивлением с последующими более мощными усилительными каскадами, имеющими небольшое входное сопротивление.

Подобно биполярным транзисторам, полевые транзисторы используют в трёх основных схемах включения: с общим истоком (ОИ), общим стоком (OС) и общим затвором (ОЗ).

Усилительный каскад по схеме с общим истоком (ОИ). Каскады с общим истоком (ОИ) чаще всего применяются на практике, так как они обладают наи­большим коэффициентом усиления по мощности КР. Усилительный каскад по схеме с ОИ аналогичен схеме на биполярном транзисторе с ОЭ.

Отличие сток-затворных характеристик разных типов полевых транзисторов, приводит к разным схемам построения усилительных каскадов на полевых транзисторах разных типов, и прежде всего, к разным схемам задания режима работы.

На рис.5 приведены упрощённые схемы усилителя с общим истоком, обеспечивающих получение усилительного режима при питании полевых транзисторов разных типов только от одного источника ЕС.


 

Рис.5. Схемы подачи напряжения на затвор в усилителях на полевых транзисторах

 

В полевых транзисторах напряжение, подаваемое на затвор и называемое напряжением смещения UCM, может создаваться или за счёт напряжения на резисторе, включённом в цепь истока, или за счёт подачи на затвор дополнительного напряжения с помощью делителя R1, R2 (рис.5).

У полевых транзисторов с управляющим р-n-переходом (рис.5,а) и со встроенным каналом (рис.5,б) напряжение смещения UCM может быть обеспечено за счёт сопротивления RИ в цепи истока. Так как ток затвора IЗ полевых транзисторов достаточно мал и мало падение напряжения на резисторе RЗ, то можно считать, что в режиме покоя напряжение затвор-исток UЗИ0 практически равно падению напряжения на сопротивлении RИ: UCM = UЗИ0 ≈ URи ≈ IC0RИ, где IC0 – ток стока в режиме покоя, т.е. когда ещё не подан входной сигнал.

При необходимости иметь повышенное входное сопротивление усилителя, резистор RЗ берут порядка 1 … 10 МОм.

При работе полевого транзистора с управляющим р-n-переходом в широком диапазоне температур и при большом сопротивлении RЗ режим работы меняется из-за дополнительного падения напряжения на сопротивлении RЗ . Это связано с температурными изменениями обратного тока p-n-перехода. Для устранения температурной нестабильности режима работы, на затвор подают до­полнительное отпирающее напряжение (рис.5,в) с делителя напряжения на резисторах Rl и R2.

У полевых транзисторов с индуцированным каналом (рис.5,г) прин­ципиально необходима подача напряжения смещения UCM от вне­шнего источника ЕС, так как в случае отсутствия UCM транзистор будет заперт. Температурная стабилизация также осуществля­ется с по­мощью резистора RИ, включённого в цепь истока.


Типичные схемы усилителя на полевых транзисторах, включённых по схеме с ОИ, показаны на рис.6.

 

Рис.6 Типичные схемы усилителей на полевых транзисторах: а – полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа, б – полевой транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом р-типа

 

Входное переменное напряжение UBX через разделительный конденсатор СР1 подаётся на затвор транзистора. Разделительный конденсатор входной цепи СР1 препятствует передаче постоянной составляющей напряжения входного сигнала на вход усилителя, которая может вызвать нарушение режима работы транзистора. Сопротивление конденсатора для постоянного тока равно бесконечности.

Усиленное переменное напряжение, выделяемое на стоке транзистора, подводится к внешней нагрузке с сопротивлением RH через разделительный конденсатор СР2. Конденсатор СР2 необходим для разделения выходной стоковой цепи от внешней нагрузки RН по постоянной составляющей тока стока IС0. Чаще всего RН – это входное сопротивление последующего каскада усиления.

Рассмотрим работу схемы усилителя изображенного на рис.6,а. Резисторы RИ, RЗ и конденсатор СИ создают напряжение смещения UCM транзистора, задавая ему режим работы – режим усиления.

Резистор RИ кроме подачи напряжения смещения UСМ на зат­вор, выполняет также термостабилизацию режима работы усилителя по постоянному току, стабилизируя величину IC0 – тока стока в режиме покоя. Чтобы на сопротивлении RИ не выделялось напряжение за счёт перемен­ной составляющей тока стока IC, а это привело бы к изменению режима работы, его шунтируют конденсатором СИ. Ёмкость этого конденсатора определяется из условия СИ ≫ 1/ωRИ, где ω – частота усиливаемого сигнала.

Резистор RЗ, включённый параллельно входному сопротивлению усилителя, которое очень велико, должен иметь соизмеримое с ним значение сопротивления.

Усилитель может работать в двух режимах: покоя – нет входного сигнала; динамическом – на вход поступает сигнал, например, с эдс еВХ = Еm sinωt.

В режиме покоя, т.е. при еВХ = 0, в цепи истока и стока будут протекать постоянные токи IИ0 и IС0 – токи покоя. Их величина определяется величиной постоянного напряжения UЗИ0 – напряжения смещения.

Ток покоя IС0, протекая через резистор RС, создаёт на нем падение напряжения URс = IС0RС. Поэтому напряжение на стоке транзистора UСИ0 в режиме покоя меньше напряжения ЕС и определяется из условия UСИ0 = ЕК – IС0 (RС + RИ) = ЕК – URс – URи.

Выходное напряжение в режиме покоя равно нулю UВЫХ = 0, т.к. разделительный конденсатор СР2 постоянный ток и напряжение не пропускает.

В динамическом режиме на вход поступает сигнал, изменяющийся по закону uВХ = Uвxm sinωt. Под действием отрицательного полупериода входного напряжения Uвxm отрицательное напряжение UЗИ увеличивается, что вызывает уменьшение тока стока (см.рис.2,в) относительно тока покоя IС0.

При положительном полупериоде входного напряжения, отрицательное напряжение UЗИ уменьшается, что вызывает увеличение тока стока относительно тока покоя IС0. Следовательно, в цепи стока и истока кроме постоянных составляющих токов протекают переменные составляющие токов

 

iС = IС0 + IСm sin ωt ,

iИ = IИ0 + IИm sin ωt.

 

Если работа происходит на линейных участках вольт-амперных характеристик полевого транзистора, то форма переменных составляющих тока стока и истока совпадают с формой входного напряжения uВХ = Uвxm sinωt.

В этом случае напряжение на стоке можно представить в виде

 

uСИ = ЕС – URс – URи – RС IСm sin ωt .

 

Из этого уравнения видно, что переменное напряжение на стоке u СИ также изменяется по синусоидальному закону.

Переменная составляющая RСIСmsinωt напряжения uСИ через разделительный конденсатор Ср2, не пропускающий только постоянную составляющую, поступает на выход усилителя, т.е. в нагрузку.

При правильном выборе сопротивления резистора RС, амплитуда выходного напряжения будет больше амплитуды входного сигнала Uвыxm ≫ Uвxm.

Это свидетельствует об усилении сигнала в схеме усилителя на полевом транзисторе, включённом по схеме с ОИ.

Схема усилителя на полевом транзисторе, включённом по схеме с ОИ, изменяет фазу входного сигнала на 180°, т.е. инвертирует входной сигнал.

Коэффициент усиления по напряжению усилительных каскадов на полевых тран­зисторах в области средних частот определяется равенством

 

KU = – SRCН,

 

где S – крутизна сток-затворной характеристики полевого транзис­тора, RСН – сопротивление нагрузки, определяемое по формуле RСН = RС RН / (RС + RН). Знак минус в выражении KU указывает на то, что усилительный каскад с ОИ меняет фазу усиливаемого сигнала на 180°.

Входное сопротивление зависит от сопротивления резисторов, подсоединённых к затвору. Для схемы рис.6,а RВХ = RЗ, а для рис.6,б подсчитывается по формуле RВХ = R1R2 / (R1 + R2).

Выходное сопротивление определяется по формуле RВЫХ ≈ RС.

 

Усилительный каскад по схеме с общим стоком (ОС) – истоковый повторитель.

Усилитель на полевом транзисторе, включённом по схеме с общим истоком, обычно называют истоковым повторителем. Повторителем сигнала называется устройство, не изменяющее поляр­ность (фазу) подаваемого на вход сигнала.

На рис.7 приведена схема простого истокового повторителя на полевом транзисторе с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа. По своим свойствам он аналогичен эмиттерному повторителю – обладает большими входным сопротивлением и коэффициентом усиления по току, малым выходным сопротивлением.


.

 

Рис.7. Схема истокового повторителя на полевом транзисторе с управляющим

p-n-переходом и каналом n-типа.

 

В схеме истокового повторителя, нагрузочный резистор RИ включён в цепь истока, а сток по переменным составляющим тока и напряжения соединён с общей точкой усилителя, т.е. вывод от стока является общим для входной и выходной цепей устройства, поэтому схема называется с ОС.

Основой рассматриваемого усилителя по схеме с ОС (истокового повторителя) являются два элемента: резистор RИ и полевой транзистор с р-n-переходом и n-каналом. Назначение остальных элементов каска­да аналогично усилителю по схеме с ОИ. Кроме стоковой нагрузки, резистор RИ является также сопротивле­нием автоматического смещения для ре­жима покоя (как в каскаде с ОИ).

В истоковом повторителе для режима покоя UСИ = ЕС – IС0RИ. В динамическом режиме работы выходное напряжение, равное переменной составляющей напряжения на резисторе RИ, подаётся через разделительный конденсатор СР1 в нагрузку RH.

Основные параметры для этой схемы можно определить по формулам

 

 

 

 

RВХ ≈ RЗ .

 

Обычно КU = 0,95-0,99, поэтому выходной сигнал по амплитуде почти повторяет входной. Фазу входного сигнала на выходе этот усилитель не изменяет. Для истокового повторителя RВЫХ составляет сотни ом, что значительно меньше, чем в схеме с ОИ. Входное сопротивление определяется резистором RЗ, величина которого обычно выбирается порядка 1МОм.

Несмотря на то, что истоковый повторитель не является усилителем напряжения, он часто используется в различной радиоэлектронной технике.

Благодаря малому RВЫХ повторитель рав­номерно воспроизводят сигналы в широкой полосе частот. При малом RВЫХ повторителя легко обес­печивается согласование с низкоомной нагрузкой, что необходимо для получения максимальной мощности усиления.

Высокое RВХ повторителей используется для уменьшения связи между каскадами. Повторитель, подключённый к выходу предыдущего каскада, практически не оказывает на него влияние вследствие высокого RВХ и малой ёмкости СВХ.

Повторители используются во входных каскадах в тех слу­чаях, когда источник сигнала имеет высокое внутреннее сопротив­ление.

Повторители также используются в качестве усилителей мощ­ности. Не усиливая напряжение, они в то же время позволяют получать значительные выходные токи, а следовательно, и мощ­ность в нагрузке. Коэффициент усиления повторителя по мощно­сти может достигать больших значений с малыми затратами мощности во вход­ных цепях. Усилители мощности на повторителях строятся как по однотактной, так и по двухтактной схемам. Двухтактная схема повторителя позволяет значительно повысить коэффициент полезного действия усилителя.

Если повторители, построенные по классической схеме (рис.7), не удовлетворяют предъявленным требованиям, то используют более сложные спе­циальные повторители.

 

Усилительный каскад по схеме с общим затвором (ОЗ). Схема с общим затвором по свойствам аналогична схеме на биполярном транзисторе с ОБ. Схема не усиливает ток, поэтому коэффициент усиления по мощности во много раз меньше, чем в схеме с ОИ. Эта схема имеет малое входное сопротивление, потому что входным током является ток стока. Фаза напряжения при усилении не инвертируется. Схема с ОЗ практически не применяется, т.к. не удаётся использовать один из важнейших параметров полевых транзисторов – их большое входное сопротивление.


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Схемы простых апериодических усилителей на лампах | Тема: Обратная связь в усилителях

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 1923; Нарушение авторских прав




Мы поможем в написании ваших работ!
lektsiopedia.org - Лекциопедия - 2013 год. | Страница сгенерирована за: 0.009 сек.