|
|
 |
От тока базы изменяется сопротивление между эмиттером и коллектором, и ток через нагрузку
Характеристика усилителя на рисунке 17.1, б. При отрицательном токе управление -
Если
На рисунке 17.1, в изображена зависимость тока в нагрузке от напряжения управления
Вследствие нелинейности сопротивления перехода эмиттер имеет нелинейный характер, где
Для перевода транзистора из закрытого состояния в открытое необходимо к -
Важнейшей характеристикой транзистора является зависимость между током к и током Б. Отношение приращения тока в коллекторной цепи к приращению тока в цепи базы называется коэффициентом усиления по току.
Запирающее напряжение
Работа транзистора зависит от его температуры. Эта температура определяется температурой окружающей среды и мощностью, выделяющейся в транзисторе при прохождении к нему тока.
Где
При увеличении тока управления
Где
Наибольшая мощность
Для получения режима Н необходимо увеличить ток управления до
Где
Рекомендуемый ток базы:
Мощность выделяемая в транзисторе в режиме Н
И существенно больше мощности
Переход из одного режима в другой происходит так быстро. Что определяющим по нагреву является режим Н. Такой режим транзистора называется ключевым. Режим Н эквивалентен замкнутому состоянию контактов реле, режим О - разомкнутому. Допустимая мощность нагрузки в ключевом режиме больше, чем в режиме линейного непрерывного управления.
На активно-индуктивной нагрузке при переходе из режима Н в режим О наводится большая ЭДС самоиндукции. В результате между коллектором и эмиттером действует сумма напряжения источника питания Для снятия перенапряжений нагрузка шунтируется диодом. ДВУХКАСКАДНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬДля получения релейного режима каскадом должно быть не менее двух. Схема двухкаскадного усилителя на рисунке 17.2.
Рисунок 17.2 - Двухкаскадный транзисторный усилитель Если транзистор VT1 находится в состоянии О, то к базе транзистора VT2 приложено полное напряжение источника питания Если увеличивать ток в базе VT1, то увеличивается его коллекторный ток. Потенциал на базе VT2 будет уменьшаться, что ведёт к уменьшению тока нагрузки Для полной отсечки VT2 вводится запирающее Потенциал базы VT2:
Если VT1 находится в режиме О, ток, протекающий через базу VT2 в схеме рисунка 17.2, в, уменьшается по сравнению со схемой рисунка 17.2, а из-за резистора RЗ, что ведет к уменьшению коэффициента усиления каскада в отношении R1/(R1 + RЗ). Заменив RЗ стабилитроном VD с нелинейным сопротивлением, улучшим показатели усилителя. РЕЛЕЙНЫЙ РЕЖИМ ДВУХКАСКАДНОГО УСИЛИТЕЛЯПри приращении потенциала базы VT1 (рисунок 17.2, в) вызывается одинаковое по знаку и усиленное приращение потенциала на коллекторе VT2. Пусть ток обратной связи показан штриховой линией (рисунок 17.3).
Рисунок 17.3 - Двухкаскадный транзисторный усилитель с положительной обратной Ток базы VT1:
Положительный ток управления
Зависимость коллекторного тока VT1 и тока нагрузки
Рисунок 17.4 - Характеристики управления каскадов усилителя При При увеличении по модулю отрицательного сигнала управления При малом значении При Ток
Для получения релейного режима необходимо, чтобы сопротивление резистора обратной связи
Где
Если Условие релейного режима:
Ток переключения:
18 ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОУОБЩИЕ СВЕДЕНИЯВ электрических аппаратах широко применяются операционные усилители (ОУ). ОУ (рисунок 18.1) имеет интегральное исполнение и содержит входной дифференциальный усилитель, промежуточный усилитель и эмиттерный повторитель. Входной дифференциальный каскад содержит два транзистора, на входы которых подаются сигналы Входной усилитель имеет инвертирующий Наличие двух каналов позволяет использовать ОУ для решения различных логических задач. Выходные характеристики ОУ показаны на рисунке 18.2. Характеристика каждого канала снимается при заземленном втором входе ОУ. На линейном участке характеристики ОУ имеет большой коэффициент усиления по напряжению Применение на выходе ОУ эмиттерного повторителя снижает выходное сопротивление и делает возможным подключение нагрузки с малым сопротивлением. Из-за влияния температуры и разброса параметров элементов ОУ при нулевом входном сигнале наблюдается небольшой разбаланс Для защиты от больших входных сигналов на входе включаются два встречно-параллельно включенных диода стабилитрона. ПРИМЕНЕНИЕ ОУВ инвертирующем усилителе (рисунок 18.1) с помощью резистора
Рисунок 18.1 - Обозначение операционного усилителя Таким образом, коэффициент усиления равен отношению Обратная связь обеспечивает независимость В неинвертирующем усилителе (рисунок 18.4) обратная связь вводится по инвертирующему входу, а сигнал подается на неинвертирующий вход.
Рисунок 18.2 - Выходные характеристики OУ 1 - для неинвертирующего входа: 2 - для инвертирующего входа
Рисунок 18.3 - Инвертирующий ОУ с отрицательной обратной связью Схема инвертирующего сумматора (рисунок 18.5) является развитием схемы рисунка 18.3. на входе включается n резисторов, равных по величине. Выходное напряжение равно сумме входных напряжений.
Рисунок 18.4 – ОУ с отрицательной обратной связью и неинвертирующим входом
Рисунок 18.5 – Сумматор на операционном усилителе с обратным знаком, умноженной на коэффициент усиления ОУ Схема неинвертирующего сумматора основывается на схеме рисунка 18.4. Схема интегратора (рисунок 18.6) получается из схемы рисунка 18.3 заменой резистора
Рисунок 18.6 – Интегратор на операционном усилителе Изменение входного и выходного напряжения показано на рисунке 18.6, б. Для сравнения полезного сигнала с опорным, который может быть нулем, положительной или отрицательной величиной, применяется компаратор (рисунок 18.7, а). На инвертирующий вход ОУ подается сигнал, на неинвертирующий – положительная обратная связь через резисторы R1 и R2. Усилитель работает в линейном режиме.
Рисунок 18.7 – Компаратор на операционном усилителе На рисунке 18.8, а показан компаратор с положительным опорным напряжением. Выходная характеристика имеет вид, показанный на рисунке 18.8, б. Эта схема выполняет функцию Триггера – Шмидта или порогового элемента. Если опорное напряжение
Рисунок 18.8 – Компаратор на ОУ в релейном режиме с опорным напряжением |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
.
через нагрузку протекает 
, причём 
. Этот режим называется режимом отсечки и обозначается буквой О.
уменьшить до нуля, а затем увеличивать, то ток в нагрузке растёт. При токе в базе 
наступает режим насыщения транзистора (Н). Ток управления, который необходим для перевода из состояния О в Н, называется током переключения 
.
.
- напряжение отсечки, 
- напряжение насыщения.
.
для транзисторов с 
Выделяющаяся в режиме О,
растёт ток нагрузки 
и увеличивается мощность, выделяемая в транзисторе:
Напряжение между эмиттером и коллектором.
Выделяется, когда сопротивление нагрузки 
.
Падение напряжения между эмиттером и коллектором в режиме Н.
и ЭДС 
. VT2 полностью насыщен и через нагрузку течет 
(рисунок 17.2, а).
. Когда VT1 будет насыщен к базе VT2 будет приложен потенциал, равный - 
транзистора VT1. Для отсечки VT2 подается на базу положительный потенциал, чего нельзя получить в схеме рисунка 17.2, а.
(рисунок 17.2, б), которое создает отрицательный ток базы 
(рисунок 17.2, б).
стремится открыть VT1. При отрицательном токе базы:
от тока управления показана на рис. 17.4, а.
усилитель находится в режиме линейного управления. Переход VT2 из 
В 
происходит при изменении тока управления от 
до 
. Токи коллектора VT1 равны 
и 
. Зона АА в режиме плавного управления.
VT1 открывается, а VT2 закрывается. Отрицательный потенциал коллектора VT2 возрастает. Состояние VT1 изменяется от 
достигает максимального значения и равен 
. При увеличении отрицательного сигнала процесс идёт по прямой 
, параллельной 
. При уменьшении 
процесс идет в обратном порядке по ломаной 
.
возникает лавинообразный процесс увеличения тока в VT1 и уменьшения тока в VT2, что приводит к релейному режиму работы.
зависимость входных и выходных величин показана на рисунке 17.4, д и е. Для надёжной работы берётся 
. Значение 
зависимость входных и выходных величин показана на рисунке 17.4 ж и з.
током срабатывания. Ширина релейной петли:
,
коэффициенты усиления по току VT1 и VT2;
Сопротивление между эмиттером и базой VT1.
, то 
. В этом случае неравенство соблюсти невозможно и релейный режим осуществить нельзя. Для получения релейного режима в данной схеме источник сигнала должен иметь большое внутреннее сопротивление 
, то есть быть источником тока.
,
и 
. Выходное напряжение каскада является разностью потенциалов на коллекторных нагрузках этих транзисторов. Такой каскад имеет высокое входное сопротивление и позволяет получить самые разнообразные характеристики вход-выход. Питание ОУ осуществляется от источника с напряжением 
относительно заземленной шины. В дальнейшем подвод питания к ОУ на рисунках не показывается.
реагирует на разность потенциалов, приложенных к входам 
, доходящий до 
и выше при большом входном сопротивлении.
, который можно устранить с помощью смещения.
введена отрицательная обратная связь. Поскольку ОУ имеет высокий коэффициент усиления 
, То входное напряжение 
. Точка 1 имеет относительно земли нулевой потенциал и изолирована от нее (кажущаяся земля). Входное сопротивление 
. Тогда
. Если 
, то ОУ работает как инвертирующий повторитель 
. Выходное напряжение равно входному с обратным знаком. При этом выходное сопротивление усилителя близко к нулю.
от разброса параметров элементов схемы и его стабильность при колебаниях температуры.
то характеристика принимает вид рисунка 18.7,б.