Основні характеристики малопотужного спрямовувача:

· значення спрямленої напруги;

· допустимий струм навантаження;

· коефіцієнт пульсацій - відношення амплітуди першої гармоніки до постійної складової kп = Um(1)/U0.

Чим менший kп, тим менша доля змінної напруги на навантаженні.

Для однопівперіодного спрямовувача без фільтра:

Um(1) = 0,5U; U0 = 0,32U; kп = 0,5U /0,32U = 1,56.

Значно менший коефіцієнт пульсацій (0,48) має двопівперіодна схема. В цій схемі струм через навантаження проходить під час обох півперіодів. Під час одного півперіоду працює один діод, а під час другого - інший. Значення постійної складової становить 64% від амплітуди напруги на одній половині вторинної обмотки трансформатора, амплітуда першої гармоніки - 30%.

Значення ємності згладжую чого конденсатору можна отримати з виразів:

для однопівперіодної схеми - C = 200 / (1 Rн kп) [Ф];

для двопівперіодної схеми - C = 100 / (1 Rн kп) [Ф], де 1 - кругова частота першої гармоніки [1/сек.].

Оскільки в двопівперіодній схемі кругова частота першої гармоніки вдвічі більша ніж в однопівперіодній, необхідна ємність конденсатора в другому випадку буде в 4 рази менша ніж у першому.

При вимозі отримати малі коефіцієнти пульсації значення ємності, отримані за наведеними формулами можуть виявитись настільки великими, що практично реалізувати їх неможливо. В цих випадках використовують складніші фільтри, що містять RC- або LC-елементи.

Велике розповсюдження отримала мостова схема спрямовувача.

Діоди VD1 - VD2 утворюють плечі електричного мосту, в діагоналі якого включені вторинна обмотка трансформатора і навантаження. Форма струму на навантаженні така ж як у двопівперіодній схемі, але ця схема має деякі переваги:

· загальне число витків вторинної обмотки трансформатора вдвічі менше і не потребує виводу від середини вторинної обмотки. Трансформатор буде менший за розміром і простіший за конструкцією.

· зворотна напруга прикладена до двох послідовно з'єднаних діодів, тому значення її на кожному діоді буде вдвічі менша.

Схема трифазного однопівперіодного спрямовувача має вид:

Первинна обмотка (три її секції) з'єднані за схемою “зірка” або “трикутник”. Секції вторинної (вентильної) обмотки з'єднані за схемою “зірка” з виводом від спільної точки кінців секцій О.

Спрямовувач називається однопівперіодним тому, що кожний з фазних струмів проходить на протязі одного півперіоду за період через вентиль і навантаження. Кожний з вентилів відкривається тоді, коли напруга на його аноді стає більша від напруги на інших фазах.

Трифазні спрямовувачі мають менший коефіцієнт пульсацій в порівнянні з однофазними, а частота пульсацій значно вища ніж у однофазних. Це полегшує їх згладжування.

При достатньо великій потужності постійного струму в навантаженні Rн перевага віддається двопівперіодним трифазним схемам спрямовувачів, зокрема широко використовується схема Ларіонова, що показана на рисунку. Такі схеми відзначаються більш повним використанням потужності трансформатора.

В наведеній схемі під час одного півперіоду зміни напруги у фазі струм проходить через один з пари діодів, приєднаних до обмотки трансформатора, під час другого - інший як і у однофазній мостовій схемі спрямовувача. Цей спрямовувач можна уявити як два одночасно працюючих трифазних однопівперіодних спрямовувача, а напругу на навантаженні - сумою спрямлених напруг цих двох спрямовувачів.

Зміни напруги і струму в трифазному двопівперіодному спрямовувачі показані на графіках:

Значення напруги на навантаженні близьке до максимального значення лінійної вторинної напруги трансформатора, а пульсація ще більш зменшена, так як пульсації складових напруг зсунуті одна відносно іншої і максимум однієї складової співпадає у часі з мінімумом іншої. Пульсації, таким чином, добре згладжені і дорівнюють всього 5% від значення постійної складової (kп = 0,05).

Стабілітрони.

Стабілітрони - різновид діодів, призначених для стабілізації напруги. Принцип стабілізації полягає в тому, що p і n області мають підвищений вміст домішок, що зумовлює тонкий і яскраво виражений p-n перехід, в якому швидко розвивається і встановлюється електричний пробій. Пробій настає при порівняно низькій і приблизно постійній (для кожного типу стабілітрону) зворотній напрузі.

Типова вольт-амперна характеристика (ВАХ) стабілітрона:

Прямий струм (1) в залежності від напруги змінюється, як у будь-якого діода, за експоненціальним законом. Вітка зворотного струму характеризує зворотний режим стабілітрону.

Робочою ділянкою стабілізації є діапазон зміни зворотного струму від Іmin до Imax. Зміна струму виникає при напрузі Uст, що мало залежить від струму пробою.

В схемі стабілізації стабілітрон включається в зворотному напрямку паралельно навантаженню. Послідовно стабілітрону і навантаженню включений баластний (обмежувальний) опір Rб. На цьому резисторі сумується падіння напруги, зумовлені струмами Іст і Ін. Опір резистора Rб для вибраного режиму стабілізації визначається:

Uн + (Іст + Ін) Rб = Uвх Rб = (Uвх - Uн) / (Іст + Ін)

Наведемо одну з можливих схем стабілізації змінної напруги:

Напруга мережі через трансформатор надходить в схему, що складається з резистора Rб і зустрічно включених стабілітронів VD1 і VD2. В результаті цього на виході отримується напруга Uвих трапецеїдальної форми. При зміні величини вхідної напруги амплітуда вихідної напруги залишається незмінною, а діюче значення змінюється незначно за рахунок деякої зміни площі трапеції.

Варикап.

Варикапи - напівпровідникові діоди, в яких використовується бар'єрна ємність закритого p-n переходу, яка залежить від величини прикладеної до діода зворотної напруги.

При зворотній напрузі потенціальний бар'єр і внутрішнє електричне поле збільшується. Зовнішня зворотна напруга виштовхує електрони в товщу n-області, а дірки - в товщу p-області від зони p-n переходу. В результаті розширюється область p-n переходу тим більше, чим вища зворотна напруга. Отже бар'єрна ємність зменшується.

Основне застосування варикапу - електронна настройка коливальних контурів.

Приклади схем включення:

Схема А). Коливальний контур, утворений індуктивністю L ємністю варикапу Св. Конденсатор Ср включений в схему для запобігання закорочування варикапа по постійному струму індуктивністю L. Ср > Св в кілька десятків разів. Керуюча постійна напруга U подається на варикап з потенціометру R2 через високоомний резистор R1. перенастройка контуру здійснюється потенціометром R2.

Недолік такої схеми - напруга високої частоти впливає на варикап, змінюючи його ємність. Це призводить до розстроювання контуру.

Схема Б). Варикапи включені по високій частоті послідовно зустрічно. Тому при будь-якій зміні напруги на контурі ємність одного варикапа збільшується, а другого зменшується. По постійній напрузі варикапи включені паралельно.

Тунельний та інші види діодів.

Тунельні діоди - це напівпровідникові діоди, в яких використовується тунельний механізм переносу носіїв заряду через p-n перехід і на ВАХ яких є область від'ємного диференціального опору (область А-В), тобто на деякій ділянці при збільшенні напруги зменшується струм і навпаки.

Основні параметри тунельного діоду:

· струм максимуму - піковий струм, що відповідає максимуму на ВАХ (Іп);

· напруга максимуму (Uп);

· струм мінімумі (Ів);

· напруга мінімуму (Uв). Звичайно точку з координатами (Uп, Іп) називають вершиною характеристики (піком), а точку з координатами (Uв, Ів) - впадиною.

· найбільша напруга перемикання (Uгр) - напруга, що відповідає струму максимуму на другій висхідній вітці характеристики;

· максимальна напруга перемикання (напруга стрибка) при переході з першої висхідної вітки на другу

U = Uгр - Uп;

При подачі змінного сигналу струм в колі діода в залежності від полярності сигналу збільшується або зменшується. При збільшенні струму (І > Іп) напруга на діоді стрибком змінюється з Uп на Uгр (), а при подальшому зменшенні струму напруга буде зменшуватись до Uв і далі стрибком зменшиться до відповідної напруги на першій висхідній вітці ВАХ ().

Отже при певних умовах залежність між струмом і напругою на тунельному діоді відповідатиме вітці 0-А або В-С, що дозволяє розглядати цей діод як прилад з двома стійкими станами.

Використовується тунельний діод в цифрових схемах (в схемах тригерів, запам'ятовуючих і логічних елементах, тощо).

Випромінюючі діоди (світлодіоди) є напівпровідникові діоди, в яких електрична енергія перетворюється в світлову (потік квантів світла). При зустрічі електронів і дірок їх заряди компенсуються (рекомбінують) і ці носії зарядів зникають. При рекомбінації виділяється енергія. У багатьох напівпровідників рекомбінація має невипромінюваний характер - енергія, що виділяється передається кристалічній решітці і далі перетворюється в тепло. Однак у деяких напівпровідників на основі карбіду кремнію (SiC), галію (Ga), миш'яку (As) рекомбінація є випромінювальною і супроводжується випромінюванням в інфрачервоній, видимій або ультрафіолетовій частинах спектру. Найбільше розповсюдження мають світлодіоди з жовтим, червоним, зеленим кольором випромінювання. Створені зразки з перенастройкою кольору світіння.

Фотодіод являє собою напівпровідниковий діод, зворотний струм якого залежить від освітленості р-n переходу. Фотодіод поєднує в собі достоїнства напівпровідникових приладів (малі маса і розміри, великий термін служби, низькі живильні напруги, економічність) з більш високою чутливістю в порівнянні з електровакуумними фотоелементами і фоторезисторами.

Пристрій фотодіода аналогічний пристрою звичайного площинного напівпровідникового діода. Фотодіод виконаний так, що його р-n перехід однією стороною звернений до скляного вікна, через яке надходить світло, і захищений від впливу світла з інших сторін.

При освітленні фотодіода з'являється додаткове число електронів і дірок, внаслідок чого збільшується перехід неосновних носіїв заряду: електронів з р-області в n-область і дірок в зворотному напрямі. Це призводить до збільшення струму в колі.

Фотодіод можна включати в схеми, як із зовнішнім джерелом живлення, так і без нього. Режим роботи фотодіода із зовнішнім джерелом живлення називають фотодіодним, а без зовнішнього джерела - вентильним.

У вентильному режимі у фотодіоді під дією світлового потоку виникає ЕРС, тому він не потребує стороннього джерела напруги.

При повному затемненні (Ф = 0) через фотодіод протікає теменевий струм, рівний сумі зворотного струму насичення р-п переходу і струму витоку. З зростанням світлового потоку струм фотодіода збільшується. Характерною особливістю робочої області вольт-амперних характеристик є практично повна незалежність струму фотодіода від прикладеної напруги. Такий режим наступає при зворотній напрузі на діоді порядку 1 В. Оскільки теменевий струм малий, то відношення струму при освітленні до теменового струму велике, що важливо при індикації освітлення. Якщо зворотна напруга перевищить деяке допустиме значення, то в р-n переході виникає ефект лавиноподібного розмноження носіїв заряду, який може призвести до виходу фотодіода з ладу.

Фотодіоди, як і приймачі променистої енергії інших типів (фотоелементи, фоторезистори, фотопомножовучі), знаходять широке застосування. Вони можуть використовуватися в фотометрії, фотоколометрії, для контролю джерел світла, вимірювання інтенсивності освітлення, прозорості середи, реєстрації і рахунку ядерних часток, автоматичного регулювання в контролі температури і інших параметрів, зміна яких супроводжується зміною оптичних властивостей речовини або середи.

Лекція 16. Транзистори

Транзисторами називаються напівпровідникові прилади, які підсилюють сигнали за потужністю. Транзистори мають гаму конструктивно-технологічних різновидів, але по принципу дії їх ділять на два основних класи: біполярні та уніполярні.

В основі роботи біполярних транзисторів лежить інжекція неосновних носіїв заряду. Тому невід'ємною складовою частиною біполярного транзистора є р-n перехід. Назва «біполярний» підкреслює роль обох типів носіїв заряду (електронів та дірок) в роботі цього класу транзисторів: інжекція неосновних носіїв супроводжується компенсацією їх зарядів основними носіями.

Робота уніполярного транзистора основана на використанні тільки одного типа носіїв - основних (або електронів, або дірок). Процеси інжекції та дифузії в таких транзисторах практично відсутні, в усякому випадку вони не відіграють принципової ролі. Основним способом руху носіїв служить дрейф в електричному полі.

Для управління струмом у напівпровіднику при постійному електричному полі необхідно міняти або питому провідність напівпровідникової смуги, або його площу. На практиці використовують обидва способи, в основі яких лежить ефект поля. Тому уніполярні транзистори іменують також польовими транзисторами. Смуга, по якій протікає струм, називають каналом. Звідки ще одна назва такого класу транзисторів - канальні транзистори.

Предметом цього розділу є вивчення фізичних процесів у біполярному транзисторі та аналіз його основних характеристик і параметрів.

Устрій та принцип дії біполярного транзистора.

Біполярний транзистор - це напівпровідниковий прилад, який має два зустрічно включених взаємодіючих р-n переходи. Основним елементом транзистора є кристал германія або кремнію, в якому створені три області з різним типом провідності. Дві крайні області завжди мають провідність однакового типу, протилежного типу провідності середньої області. Між середньою і крайніми областями і утворюються р-n переходи. Взаємодія переходів забезпечується тим, що вони розміщені достатньо близько один від одного - на відстані, що менша дифузійної довжини носіїв.

В реальних транзисторах площі обох р-n переходів суттєво відрізняється, що видно з рисунку. Перехід n1-р має набагато меншу площу, ніж n2-р; крім того, в більшості транзисторів один із крайніх шарів (шар з меншою площею - n1) легований домішками набагато більше, чим інший (n2). Таким чином транзистор є асиметричним приладом.

Асиметрія транзистора зберігається в назві крайніх шарів: сильно легований шар з меншою площею (n1) називають емітером, а шар з більшою площею (n2) називають колектором. Відповідно розрізняють емітерний та колекторний переходи (n1-р, n2-р). Середній шар транзистора називають базою.

Транзистор, що зображений на рисунку, характерний тим, що його крайні шари (емітер та колектор) мають провідність n-типу, а середній шар (база) - провідність р-типу. Транзистори з такою структурою називають n-р-n-транзисторами. У мікроелектроніці вони відіграють основну роль. Крім того використовуються транзистори, у яких емітер та колектор мають провідність р-типу, а база - провідність n-типу. Транзистори з такою структурою називають р-n-р-транзисторами. По принципу дії вони нічим не відрізняються від n-р-n-транзисторів, але їм властиві інші полярності робочих напруг, а також ряд кількісних особливостей. Умовні позначення в схемах n-p-n і p-n-p транзисторів показані на рисунку.

Транзистори р-n-р не мають у мікроелектроніці самостійного значення, тобто не використовуються замість n-р-n транзисторів у схемах одного і того ж класу. Але вони відкривають можливість комбінування n-р-n та р-n-р транзисторів в одній і тій же схемі. Така комбінація у деяких випадках забезпечує спрощення структури та оптимізацію параметрів відповідних схем. Транзистори n-р-n та р-n-р у таких схемах, а також самі схеми такого типа називають комплементарними (доповнюючими).

Принцип роботи транзистора заснований на управлінні струмами електродів в залежності від підведених до його р-n переходів напруг. У загальному випадку ця залежність є складною, тому проведемо аналіз на спрощеній моделі p-n-p транзистора без урахування ряду чинників, що впливають на його властивості.

При відсутності напруг UБЕ і UБЕ на кожному з переходів (див. лекцію 14) утворюється потенціальний бар'єр з різницею потенціалів U0. Полярності напруг, утворених на переходах, показані на рисунку, що ілюструє роботу n-p-n транзистора (а) і еквівалентну схема його заміщення (б).

При підключенні зовнішнього джерела напруги UКБ до колекторного переходу (позитивним полюсом до колектора, негативним - до бази) напруга на переході «база-колектор» збільшиться до рівня U0 + UКБ і, оскільки зовнішнє поле співпадає з напрямом поля U0, цей перехід буде закритий. Колекторний струм при цьому визначається лише незначною дифузією вільних електронів з колектора в базу для підтримки рівня U0 потенціального бар'єра і складає в залежності від типу транзистора 0,1%…1% струму колектора при відкритому переході.

При підключенні зовнішнього джерела напруги UБЕ до емітерного переходу (позитивним полюсом до бази, негативним - до емітера) напруга на переході «емітер-база» зменшиться до рівня UБЕ - U0, оскільки зовнішнє поле протилежне напряму поля U0. Звичайно |UБЕ| << |UКБ|. Коли прикладена напруга UБЕ перевищить рівень потенціального бар'єра U0, перехід «емітер-база» відкриється і через нього почне протікати струм емітера ІЕ. При цьому вільні електрони з області n емітера переходять в область р бази (інжекція електронів) і, оскільки геометричні розміри бази дуже малі, підпадають під дію напруги U0 + UКБ на колекторному переході, яка сприяє їх вільному переходу в область n колектора (екстракція електронів). Одночасно дірки бази будуть переходити в область емітера. Таким чином утворюється струм ІК.

Природно, що в області бази незначна частина вільних електронів дістанеться електрода бази Б і утворить струм бази ІБ. Очевидно, що чим менше товщина бази, тим менше ІБ і тим ближче величина ІК до величини ІЕ. Однак в будь якому випадку ІЕ = ІБ + ІК, або ІБ = ІЕ - ІК, або ІК = ІЕ - ІБ.

Отже, в n-p-n транзисторі при підключені до бази додатної відносно емітера напруги з'являється колекторний струм ІК, якщо до колектора прикладена відносно бази додатна напруга. Змінюючи значення напруги UБЕ і, отже, величину струму ІБ, можна змінювати значення ІК, що протікає в колекторному колі.

Аналогічні явища відбуваються в p-n-p транзисторі. Підключення зовнішніх джерел забезпечує включення емітерного переходу в прямому напрямку, а колекторного - в зворотному. Через емітерний р-n перехід здійснюється інжекція дірок з емітера в область бази. Одночасно електрони бази будуть проходити в область емітера. Оскільки в транзисторах концентрація носіїв зарядів в базі значно менша, ніж в емітері, то це призводить до того, що кількість дірок, інжектованих в базу, на багато перевищує кількість електронів, що рухаються в протилежному напрямку. Отже, майже весь струм через емітерний р-n перехід в p-n-p транзисторі зумовлений дірками. Потрапивши в базу, для якої дірки є неосновними носіями заряду, незначна частина дірок рекомбінує з електронами, утворюючи базовий струм ІБ. Переважна ж більшість дірок встигають пройти крізь тонкий шар бази, досягти колектора і потрапити під дію прискорюючого для них електричного поля колекторного переходу. В результаті екстракції дірки швидко втягуються із бази в колектор і беруть участь в утворені струму колектора.

Для оцінки впливу струму ІЕ на струм ІК введено поняття «коефіцієнт передачі за струмом в схемі зі спільною базою - ». Саме ця схема показана на рисунку (а), де обидві напруги (емітерна - UБЕ і колекторна - UКБ) подаються на емітер і колектор відносно бази. Величина визначається при такій схемі включення за формулою

= ІК / ІЕ

і завжди менша 1, оскільки колекторний струм є частиною емітерного. Чим «тонша» база, тим коефіцієнт передачі за струмом ближчий до 1.

Якщо управляти базовим струмом ІБ, змінюючи додатну напругу UБЕ відносно емітера, забезпечуючи при цьому постійну додатну напругу UКЕ (така схема включення називається «схемою із спільним емітером»), то в цьому випадку можна записати:

ІБ = ІЕ - ІК = ІЕ(1 - ).

Ввівши позначення = ІК / ІБ

і поділивши обидві частини попереднього рівняння на ІК, отримуємо:

1 / = (1 - ) / , звідки = / (1 - ).

Величина

= ІК / ІБ

називається «коефіцієнт підсилення за струмом в схемі зі спільним емітером». Очевидно, що при < 1 завжди > 1 і чим ближче до 1, тим вище значення . В реальних конструкціях біполярних транзисторів = 0,95…0,995, що забезпечує = 20…1000.

Режими роботи біполярного транзистора.

В залежності від полярності напруг, що прикладені до емітерного і колекторного переходів транзистора, розрізняють такі режими його роботи:

Активний режим. На емітерний перехід подана пряма напруга, а на колекторний - зворотна. Цей режим є основним режимом роботи транзистора. Внаслідок того, що напруга в колі колектора значно перевищує напругу, підведену до емітерного переходу, а струми в колах емітера і колектора практично рівні, потужність сигналу в колекторному (вихідному) колі може значно перевищувати потужність у емітерному (вхідному) колі. Ця обставина визначає підсилювальні властивості транзистора.

Режим відсікання. До обох переходів підведені зворотні напруги. Тому через них проходить лише незначний струм, зумовлений рухом неосновних носіїв заряду (дрейфовий струм). Практично транзистор в режимі відсікання виявляється закритим.

Режим насичення. Особливе місце в роботі транзистора займає режим подвійної інжекції, або, не зовсім точно, режим насичення. Режим подвійної інжекції характерний тим, що на обох переходах - емітерному та колекторному - діють прямі напруги. При цьому і емітер і колектор інжектують носії в базу назустріч один одному та одночасно кожен із них збирає носії, що дійшли від іншого. Струм у вихідному колі транзистора максимальний і практично не регулюється струмом вхідного кола. В цьому режимі транзистор повністю відкритий.

Інверсний режим. До емітерного переходу підводиться зворотна напруга, а до колекторного - пряма. Отже емітер виконує функції колектора, а колектор - емітера. Цей режим, як правило, не відповідає нормальним умовам експлуатації транзистора.

Передача струму при інверсному включенні значно гірша ніж при нормальному. Причини цього такі. По-перше, у зв'язку із слабким легуванням колектора мала електронна складова колекторного струму. По-друге, площа реального колектора значно більше площі емітера. Тому на емітер попаде лише невелика частка електронів, інжектованих колектором.

Транзистор в режимі ключа. Важливими елементами сучасних схем автоматики і обчислювальної техніки є пристрої, які мають можливість знаходитись в одному з двох стійких станів (режимів) і під дією вхідного сигналу стрімко змінювати свій стан (режим). Це дозволяє здійснювати перемикання (комутацію) різних електричних кіл схеми.

Таким елементом є тунельний діод, і його робота в перемикаючій схемі була розглянута в лекції 15.

Транзистор також є одним з найрозповсюдженіших елементом безконтактних перемикаючих пристроїв. Режим роботи транзистора в перемикаючій схемі називають ключовим режимом. В цьому режимі транзистор в процесі роботи схеми періодично переходить з відкритого стану (режиму насичення) в закритий (режим відсікання) і навпаки, що відповідає двом стійким станам перемикаючого пристрою.

Способи включення та характеристики схем включення.

При нормальному включенні n-р-n-транзистора (в активному режимі) на емітерному переході діє пряма напруга, а на колекторному - зворотна. При цьому електрони інжектуються із емітера в базу, проходять її майже без рекомбінації (ширина бази мала), без перешкоди попадають в колектор, що знаходиться під додатним потенціалом. Отже, при нормальному включенні колектор збирає неосновні (в базі) носії, що надійшли в базу, чим і пояснюється його назва (збирач). Ясно, що при вказаній полярності напруги, колектор здатний збирати тільки електрони. Тому важливо, щоб струм емітера утримував в основному електронну складову. Через це емітер легують значно сильніше, ніж базу, з тим, щоб емітерний перехід був одностороннім.

При нормальному включенні транзистора струми колектора та емітера майже однакові з точністю до незначного струму бази. Останній компенсує зменшення основних носіїв (дірок) в результаті рекомбінації, котра має місце навіть при дуже малій товщині бази, а також у результаті інжекції дірок із бази в емітер.

Опір зворотно зміщеного колекторного переходу дуже великий - декілька мегомів і більше. Тому в коло колектора є можливість включати досить великі опори навантаження, не змінюючи величину колекторного струму. Відповідно, в колі навантаження може виділятися значна потужність.

Опір прямо зміщеного емітерного переходу досить малий. Тому при майже однакових струмах емітера та колектора потужність. що споживається в колі емітера, буде набагато меншою, ніж потужність що виділяється в колі навантаження. Таким чином транзистор здатний підсилювати потужність, тобто є підсилювальним приладом.

В практичних схемах транзистор використовують як чотириполюсник, тобто прилад з двома вхідними і двома вихідними клемами і, оскільки транзистор має тільки три виводи (емітер, база, колектор), один з виводів транзистора приєднують спільно для вхідного і вихідного кола. Отже, розрізняють схеми включення зі спільною базою (а), спільним емітером (б) і спільним колектором (в).

Якщо під дією Uвх струм емітера збільшиться на деяку величину ІЕ, то відповідно збільшується і інші струми транзистора:

ІЕ + ІЕ = ІК + ІК + ІБ + ІБ

Незалежно від схеми включення транзистори характеризуються диференціальним коефіцієнтом прямої передачі струму, який уявляє собою відношення зміни вихідного струму до приросту вхідного струму, що цю зміну викликав при постійній напрузі у вихідному колі. Для схеми із спільною базою таким коефіцієнтом може слугувати коефіцієнт передачі струму емітера:

= Івих / Івх = ІК / ІЕ при Е2 = const.

Оскільки струм емітера - найбільший із всіх струмів транзистора, то схема зі спільною базою має малий вхідний опір для змінної складової вхідного сигналу. Фактично цей опір дорівнює опору емітерного переходу rЕ, включеного в прямому напрямку, тобто

Rвх = Uвх / Івх = Uвх / ІЕ rЕ.

Низький вхідний опір схеми із спільною базою (кілька ом) є її суттєвим недоліком, оскільки шунтує вихідне коло попередньої схеми.

Отже:

Коефіцієнт підсилення транзистора в схемі зі спільною базою за струмом для активного навантаження приблизно збігається з коефіцієнтом передачі струму

КІ ІК / ІЕ = 0,95 0,99 (UКБ = const).

Коефіцієнт підсилення за напругою визначається за формулою

КU = Uвих / Uвх (ІК ·Rн) / (ІЕ ·Rвх) = (ІЕ /ІЕ)(Rн / rЕ) = Rн / rЕ

Наприклад, якщо rЕ = 100 Ом, Rн = 103 Ом, = 0,95, то КU =0,95103/100 = 9,5.

Коефіцієнт підсилення за потужністю:

КП = Рвих / Рвх = (ІК2 Rн) /(ІЕ2 Rвх) = КІ КU = 2Rн / rЕ 0,910 9.

Схема СБ дозволяє добре розкрити фізику транзистора та має інші особливості. Але той факт, що вона не забезпечує підсилення струму та має малий вхідний опір (опір емітерного переходу) робить її не оптимальною для більшості використань. Тому головну роль у транзисторній техніці виконує інше включення - зі спільним емітером, яке позначається СЕ (рис б).

Для схеми зі спільним емітером характерна задана величина струму бази. Отже, вхідний сигнал прикладається до емітера і бази. Джерело живлення колектора Е2 включене між емітером і колектором. Емітер є спільним для вхідного і вихідного кіл.

Особливістю схеми із спільним емітером є те, що вхідним струмом є незначний по відношенню до інших струм бази. Вихідним струмом в цій схемі, як і в схемі із спільною базою, є струм колектора. Отже, коефіцієнт прямої передачі струму для схеми із спільним емітером - = Івих / Івх = ІК / ІБ, тобто в схемі із спільним емітером можна отримати коефіцієнт прямої передачі струму в кілька десятків.

Вхідний опір транзистора в схемі із спільним емітером значно більший, ніж в схемі із спільною базою, оскільки:

Rвх = Uвх / Івх = Uвх / ІБ >> Uвх / ІЕ.

Коефіцієнту підсилення транзистора із спільним емітером за струмом для активного навантаження відповідає коефіцієнт передачі струму бази:

КІ ІК / ІБ = ІК / (ІЕ - ІБ) / (1 - ) >> 1

і на відміну від схеми зі спільною базою транзистор в схемі зі спільним емітером забезпечує підсилення за струмом.

Коефіцієнт підсилення за напругою:

КU = Uвих / Uвх = UКЕ / | UЕБ | Rн / rЕ,

тобто як і в схемі зі спільною базою, транзистор в схемі зі спільним емітером підсилює сигнал і за напругою.

Коефіцієнт підсилення за потужністю дорівнює добутку коефіцієнтів:

КП = КІ КU = 2Rн / rЕ.

Вхідний опір визначається формулою

Rвх = UЕБ / ІБ = ІЕ rЕ / ІБ rЕ.

Схема із спільним колектором (СК) (рис. в) ще називається емітерний повторювач. Вхідним є коло база-колектор, вихідним - коло колектор-емітер; спільним електродом є колектор, безпосередньо до нього приєднаний позитивна клемам джерела Е2. Навантаження приєднано до емітера. По колектору проходить струм

ІК = ІЕ - ІБ.

Коефіцієнт прямої передачі струму майже такий як і в схемі із спільним емітером:

КІ ІЕ / ІБ = ІЕ / (ІЕ - ІК) = ІЕ / (ІЕ - ІЕ) = / (1 - ) = + 1 .

Особливість схеми з СК полягає в тому, що коефіцієнт підсилення за напругою КU завжди менший одиниці, оскільки вихідна напруга Uвих в цій схемі практично складає частину вхідної.

Інша особливість полягає в тому, що вихідний сигнал співпадає за фазою з вхідним (звідси назва схеми - емітерний повторювач). На відміну від схеми СК в схемі СЕ вихідний сигнал протилежний за фазою із вхідним сигналом (є його дзеркальною пропорційною копією).

Транзистор в схемі з СК зручно застосовувати як узгоджуючий елемент, що включається в пристроях між високоомним попереднім колом і низькоомним навантаженням.

Відмінними властивостями схеми з СК вважається високий вхідний опір (до 100 кОм) і невеликий вихідний опір (менше 100 Ом), а також однакова фаза вихідного сигналу по відношенню до вхідного.

Статичні і динамічні характеристики схем включення.

Вольт-амперні характеристики транзисторів розділяють на статичні і динамічні.

Статичні характеристики є графічним відображенням залежностей між струмами і напругами на вході і виході транзистора. Ці характеристики використовуються в розрахунках параметрів оптимальних режимів його роботи. Можливі різні комбінації струмів і напруг в залежностях, але практично використовуються тільки вхідні і вихідні статичні характеристики для двох основних схем включення - із спільною базою і із спільним емітером.

Для схем із спільною базою вхідні статичні характеристики - це залежність струму емітера ІЕ від напруги між емітером і базою UЕБ при незмінній напрузі між колектором і базою UКБ: ІЕ = f(UЕБ) при UКБ = const. Показана залежність аналогічна вольт-амперній характеристиці прямо включеного p-n переходу. Напруга UКБ мало впливає на струм емітера, оскільки вона зосереджена на колекторному переході і майже не впливає на проходження зарядів через емітерний перехід. Тому в довідниках для даного типу транзистора наводиться лише дві вхідні характеристики - одну для UКБ = 0 В, і другу, зняту при UКБ 0 В, наприклад при UКБ = -5 В.

Робота транзистора, при якій і на емітерний, і на колекторний переходи подані зворотні напруги відповідає режиму відсікання.

Вихідні статичні характеристики транзистора для схеми із спільною базою складаються із залежностей струму колектора ІК від напруги між колектором і базою UКБ при незмінних значення емітерного струму ІЕ: ІК = (UКБ) при ІЕ = const.

Графіки колекторного струму ІК аналогічні вольт-амперній характеристиці зворотно включеного p-n переходу. При робочій полярності напруги UКБ , коли колекторний перехід включений в зворотному напрямку, вихідні характеристики уявляють собою майже прямі лінії з невеликим відхилом від горизонталі. Це пояснюється тим, що колекторний струм створюється за рахунок дифузії носіїв зарядів, які проникають із емітера через базу в колектор. Тому величина колекторного струму в основному визначається величиною струму емітера і незначно залежить від напруги UКБ, прикладеної до колекторного переходу.

При вхідному струмі ІЕ = 0 і UКБ > 0 характеристика виходить з початку координат, а потім проходить на невеликій висоті майже паралельно осі абсцис, що відповідає звичайній характеристиці зворотного струму p-n переходу. Струм ІКБ 0, що визначається такою характеристикою, є некерованим і є одним з параметрів транзистора. Із збільшенням струму ІЕ колекторний струм збільшується на ІК = ІЕ - ІКБ 0, що і відображує сімейство графіків.

Невеликий нахил характеристик пояснюється впливом напруги UКБ на ширину бази: при збільшенні напруги база звужується за рахунок розширення колекторного переходу, послаблюється рекомбінація в базовому шарі і дещо зростає коефіцієнт передачі струму , що і зумовлює деяке збільшення струму колектора ІК = ІЕ + ІКБ 0 при ІЕ = const. Нахил характеристик круто зростав би при наближенні UКБ до напруги пробою p-n переходу.

При зміні полярності напруги UКБ струм ІК різко зменшується і досягає нуля при значеннях UКБ близько десятих долей вольта. В цьому випадку колекторний перехід працює в прямому напрямку, струм через цей перехід різко збільшується і проходить в напрямку, зворотному нормальному робочому струму. При цьому транзистор може вийти з ладу. Відповідні ділянки характеристик на рисунку показані пунктирними лініями, вони не є робочими і звичайно на графіках не наводяться.

Робота транзистора, при якому емітерний перехід включений в прямому напрямку (UЕБ < 0), а колекторний - в зворотному (UКБ > 0), відповідає активному (підсилюючому) режиму, а коли обидва переходи виявляються прямо включеними (UЕБ < 0, UКБ < 0) - режиму насичення.

Вхідні статичні характеристики для схеми із спільним емітером є графіками залежності струму бази ІБ від напруги UБЕ при незмінному значенні UКЕ:

ІБ = f(UБЕ) при UКЕ = const.

Якщо коло колектора розімкнене (ІК = 0), крива проходить через початок координат.

З ростом напруги UКЕ струм ІБ зменшується, оскільки при збільшенні UКЕ зростає напруга, що прикладається до колекторного переходу в зворотному напрямку, майже всі носії швидко втягуються в колектор і ймовірність їх рекомбінації в базі зменшується.

При UКЕ = 0 (колектор і емітер замкнені на коротко) і UБЕ > 0 обидва переходи з'єднані паралельно і приєднані до джерела в прямому напрямку.

При збільшені напруги на колекторі UКЕ характеристики зміщуються вправо і вниз, тобто струм ІБ зменшується. Це пояснюється звуженням ширини бази, що супроводжується ослабленням рекомбінації носіїв. Зміщення графіків вниз при малих напругах (UКБ < 1 В) відбувається тому, що обидва переходи включені зустрічно і базовий струм стає рівним різниці струмів:

ІБ = ІЕ - ІК.

При подальшому збільшенні напруги UКЕ зсув вхідних характеристик незначний, і вони практично співпадають. Тому в довідниках звичайно наводяться одна-дві криві.

Вихідні статичні характеристики транзистора для схеми із спільним емітером складаються із залежностей струму колектора ІК від напруги між колектором і емітером при фіксованому струмі бази:

ІК = f(UКЕ) при ІБ = const.

В схемі із спільним емітером напруга, що прикладається до колекторного переходу дорівнює UКЕ - UБЕ, оскільки ці напруги між точками колектор-база виявляються включеними зустрічно. Тому при |UКЕ | < |UБЕ | напруга на колекторному переході відповідає прямій напрузі. Це зумовлює стрімке зростання струму на початковій ділянці - від UКЕ = 0 до |UКЕ | = |UБЕ |. Далі, при |UКЕ | > |UБЕ | (аж до допустимого значення UКЕ), крутизна характеристик зменшується, вони майже горизонтальні.

Положення кожної з вихідних характеристик залежить, головним чином, від струму бази (ІБ1 < IБ2 < … < IБ5).

На сімействі вихідних характеристик виділені три області, властиві трьом режимам роботи транзистора: режим відсічки (1), активний режим (підсилення) (2) і режим насичення (3). Графік, відповідний струму бази ІКБ 0, проходить через початок координат і при UКЕ > 1 В визначає зону відсічки. Активна зона розташована між зонами відсічки, насичення і лінією, яка визначає ІК через допустиму потужність, що розсіюється колектором (наводиться в довідниках).

Статичні характеристики транзистора в схемі із спільним колектором подібні характеристикам транзистора в схемі із спільним емітером. Вхідним колом транзистора є базово-колекторний перехід, що має великий внутрішній опір, оскільки виявляється включеним в зворотному напрямку. Керуючим струмом є невеликий струм бази; вихідні струми (ІЕ або ІК) відрізняються незначно.

Динамічними характеристиками транзистора визначається режим роботи транзистора - динамічний режим, коли у вихідному колі є навантаження, а на вхід подається певний сигнал. Динамічний режим відрізняється від статичного сильним взаємним впливом параметрів транзистора і елементів схеми. В цьому режимі напруга джерела живлення ЕК (на рисунках для схем включення а, б, в - Е2) неперервно перерозподіляється між опором навантаження Rн і вихідними електродами транзистора у відповідності з виразом:

UКЕ = ЕК - ІКRн.

Наведений вираз є рівнянням динамічного режиму для вихідного кола. Зміна напруги на вході транзистора викликає відповідну зміну струму емітера, бази, а отже , і струму колектора ІК. Це призводить до зміни напруги на Rн, в результаті чого змінюється напруга UКЕ.

Побудова динамічних характеристик здійснюється з метою вибору оптимального (найкращого) режиму роботи транзистора. Початковими є дані про вхідний сигнал і потужність, що споживається навантаженням, а також статичні вхідні і вихідні характеристики та параметри транзистора, що наводяться в довідниках.

Найчастіше використовуються вихідні і вхідні динамічні характеристики.

З рівняння динамічного режиму випливає рівняння:

ІК = (ЕК - UКЕ) / Rн = ЕК / Rн - UКЕ / Rн.

Пряма лінія, що відповідає останньому рівнянню, називається навантажувальною прямою або лінією навантаження. Вона уявляє собою вихідну динамічну характеристику і будується на сімействі статичних вихідних характеристик за двома точками - А і В. Розташування лінії навантаження на статичних характеристиках однозначно визначається напругою джерела живлення ЕК і опором резистора Rн. В точці А ІК = 0, а UКЕ = ЕК. Це відповідає закритому стану емітерного переходу транзистора. При цьому струм в опорі навантаження відсутній і падіння напруги на навантаженні дорівнює нулю. Отже, вся напруга джерела живлення ЕК виявляється прикладеною до ділянки колектор - емітер транзистора.

Точка перетину лінії навантаження із віссю струмів В є точка, для якої виконується умова

ІК = ЕК / Rн,

оскільки струм колектора у випадку повністю відкритого (або закороченого) транзистора обмежувався би тільки величиною опору Rн.

Всі проміжні точки лінії навантаження характеризують можливі напруги і струми у відповідних колах транзистора при подачі сигналу з урахуванням опору навантаження. Будь якому струму бази відповідає певне значення струму колектора і колекторної напруги. Так на рисунку показано, що струму бази ІБ2 відповідає напруга UКЕ(ІБ2) та струм через навантаження ІК(ІБ2).

Вхідна динамічна характеристика уявляє собою залежність вхідного струму від вхідної напруги в динамічному режимі при незмінних напрузі живлення і опорі навантаження.

Вхідна динамічна характеристика будується по точкам перетину лінії навантаження із статичними вихідними характеристиками. Для кожної напруги на колекторі за вихідною динамічною характеристикою визначається відповідний струм бази. Потім на вхідних статичних характеристиках відмічаються точки (А, В, С), що відповідають знайденим значенням струмів бази. Лінія АВС, яка з'єднує точки, є вхідною динамічною характеристикою транзистора (штрихова лінія на вхідній статичній характеристиці).

Оскільки вхідні статичні характеристики розташовуються досить щільно, іноді для спрощення аналізу роботи і розрахунку параметрів схеми з транзистором вхідну динамічну характеристику не будують, а приймають за таку одну із вхідних статичних характеристик, що відповідає деякій напрузі на колекторі, відмінній від нуля.

Хрест-характеристика транзистора

Для практичного використання вольт-амперних характеристик транзистора в аналізі і розрахунку зручно використовувати суміщену хрест-характеристику, на якій в однаковому масштабі у відповідних квадрантах одночасно показані залежності: ІК(UКЕ) - у квадранті І, ІК(ІБ) - у квадранті ІІ, ІБ(UБЕ) - у квадранті ІІІ та вхідні і вихідні динамічні характеристики.

Режим роботи транзистора без викривлень забезпечується тим, що напруга вхідного сигналу UБЕ не виходить за межі певної ділянки А1В1 на вхідній динамічній характеристики (3-й квадрант), де залежність ІБ(UБЕ) найбільше наближається до лінійної. Середина такої ділянки, що відповідає напрузі UБЕ 0 вибирається за робочу точку, відносно якої змінюється вхідний сигнал. Для утворення робочої точки між емітером і базою послідовно з джерелом вхідного сигналу включається джерело напруги зміщення (на рисунках схем включення (а, б, в) - це Е1), яка дорівнює UБЕ 0.

Отже зміна вхідної напруги (напруги між базою і емітером) відносно UБЕ 0 від UБЕ(А1) до UБЕ(В1) викликає зміну струму бази відносно ІБ 0 від ІБ(А2) до ІБ(В2), що призводить до зміни опору між колектором і емітером, а відповідно і до зміни колекторного струму відносно ІК 0 від ІК(А3) до ІК(А3). Зміна колекторного струму зумовлює зміну падіння напруги між колектором і емітером від UКЕ(А4) до UКЕ(В4) відносно UКЕ 0, тобто утворення вихідного сигналу відповідних параметрів.

Таким чином при динамічному режимі роботи через транзистор і колекторне навантаження протікає струм як при дії вхідного сигналу, так і при його відсутності., тобто є постійна складова струму і напруги у вхідному і вихідному колах.

За динамічними характеристиками уточнюється фактичне значення коефіцієнтів підсилення, ККД і інших параметрів.

Лекція 17. Підсилювачі

Підсилювачі.

Пристрої, призначені для підсилення електричних сигналів мають назву підсилювачі.

Процес підсилення є один з випадків процесу керування енергією і, в принципі полягає в тому, що надійшовший на вхід підсилювача від керуючого джерела електричної енергії слабкий сигнал керує більш сильним сигналом на його виході.

Вхідний сигнал не є джерелом енергії вихідного сигналу. Енергія вихідного сигналу утворюється за рахунок витрачання енергії електричних джерел живлення, але в той же час без сигналу на вході не утворюється і сигнал на виході.

Отже вхідний сигнал керує вихідним сигналом, джерелом енергії якого є певний пристрій живлення.

Узагальнена структурна схема підсилюючого пристрою:

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Вхідний пристрій (вхідне коло) призначений для подачі підсилюємого сигналу на підсилюючий елемент, який забезпечує керування з боку вхідного сигналу вихідним, створюючи тим самим підсилення.

Підсилений сигнал передається споживачу - навантаженню підсилювача. Коло, в яке включений споживач, називається вихідним колом (вихідним пристроєм).

Пристрій живлення забезпечує роботу підсилюючого елементу і є джерелом енергії вихідного сигналу.

Підсилюючий елемент необхідний для забезпечення процесу підсилення.

Такі підсилюючі властивості має і транзистор. Як було показано вище, значення колекторного струму залежить від в основному від струму емітера і може змінюватись в широких межах при зміні напруги між емітером і базою.

В узагальненому викладі фізична суть роботи підсилюючого елемента можна розглядати як властивість його змінювати в широких межах його опір під дією вхідного сигналу. В результаті цього на опорі навантаження, який включений послідовно з підсилюючим елементом (ПЕ), здійснюється пульсація напруги і виділяється підсилений по потужності сигнал Uвих, утворений джерелом ЕРС Е завдяки протіканню струму в навантаженні.

Для більшого підсилення сигнал з виходу першого ПЕ подається на такий же елемент, тобто підсилювач може мати кілька підсилюючих елементів, що послідовно підсилюють сигнал. Частина схема, що складається з одного ПЕ із вхідними і вихідними колами, називається підсилюючим каскадом.

Умовне позначення підсилюючого каскаду:

В багатокаскадних підсилювачах розрізняють попередній і кінцевий каскади. Попередній - підсилює вхідний сигнал до рівня, що забезпечує нормальну роботу наступних каскадів. Кінцевий - забезпечує підсилення потужності сигналу до рівня, необхідного для нормальної роботи вихідного пристрою (гучномовця в акустичних системах, електродвигуна в системах автоматики і т. ін.).

Коефіцієнт підсилення - це відношення величини сигналу на виході до величини сигналу на вході підсилювача:

КU = Uвих / Uвх; КІ = Івих / Івх; КР = Рвих / Рвх;

Якщо підсилювач складається з кількох (n) каскадів, то

К = К1К2 …Кn.

Часто коефіцієнт підсилення відображають не у відносних, а в логарифмічних одиницях, тобто використовують не К, а його логарифм. Доцільність цього обумовлена тим, що органи відчуття людини сприймають підвищення сили зовнішнього подразнення не пропорційно, а значно повільніше:

де

S - суб'єктивне сприйняття підсиленого сигналу;

S0 - суб'єктивне сприйняття вхідного сигналу;

U - фактична амплітуда підсиленого сигналу;

U0 - фактична амплітуда вхідного сигналу;

A - коефіцієнт пропорційності.

Так, якщо сила звуку підвищиться в 100 разів, то суб'єктивно це підвищення сприйметься як збільшення приблизно в 2 рази (lg 100 = 2).

Є два види логарифмічних одиниць: децибели і непери.

Співвідношення:

К[Дб] = 20lgK =20lg(Uвих / Uвх); К = 100,05К[Дб]

Якщо К[Дб] = 1 Дб, то К = 1,12;

К[Дб] = 2 Дб, то К = 1,25.

Коефіцієнт підсилення по потужності:

КР[Дб] = 10lgKР

К = 100,1Кр[Дб]

Коефіцієнт підсилення для U і І в неперах:

К[Нп] = lnК; К = еКНп (е 2,72).

При К[Нп]= 1 Нп, К = е 2,72.

Для потужності: КР [Нп] = 0,5lnКР; КР = е 2К р[Нп].

При КР[Нп] = 1, КР = 7,4.

Для багато каскадних підсилювачів:

К[Дб] = 20(lgK1 + lgK2 + … + lgKn) = K1[Дб] + K2[Дб] + … + Kn[Дб].

Характеристики підсилювачів

Викривлення, що виникають у підсилювачі внаслідок неоднакового підсилення сигналів різної частоти називають частотними викривленнями. Вони виникають за рахунок реактивних елементів схеми, які можуть бути і неявними (міжелектродні ємності). Залежність коефіцієнта підсилення від частоти вхідного сигналу відображають графічно. Цей графік має назву частотна характеристика підсилювача.

Існує поняття коефіцієнта частотних викривлень - це відношення коефіцієнта підсилення К0 на середній частоті діапазону до коефіцієнта підсилення К на даній частоті -

М = К0 / К.

 для звукового підсилювача викривлення не відчуваються, якщо М знаходиться в межах 0,7 1,4.

Робочий діапазон частот - смуга частот, в межах якої частотні викривлення не перевищують певне (визначене) допустиме значення.

Для вибіркових підсилювачів замість терміна робочий діапазон частот вживають термін смуга пропуску.

Фазові викривлення зумовлені присутністю частотно-залежних елементів. Сигнали різної частоти мають неоднакові зсуви в часі, що призводить до викривлення форми складного вхідного сигналу в результуючому сигналі (для звукових підсилювачів ці викривлення несуттєві, а для відео-, телесигналу ці викривлення призводять до подвоєння та розмивання контуру).

Нелінійні викривлення - виникають за рахунок нелінійних елементів (транзисторів, дроселів, трансформаторів та ін.). Для звукового сигналу ці викривлення призводять до зміни тембру звуку.

Вихідна (номінальна) потужність - найбільша потужність на навантаженні, при якій нелінійні викривлення не перевищують допустимі значення.

Чутливість підсилювача - напруга на вході підсилювача, при якій на виході розвивається номінальна потужність.

Динамічний діапазон виражений в децибелах - відношення максимальної амплітуди, при якій сигнал ще не викривляється, до мінімальної амплітуди, при якій сигнал ще достатньо перевищує заваду (помеха рус)



Зворотний зв'язок.

В багатьох підсилювачах застосовується зворотний зв'язок.

Зворотний зв'язок має місце тоді, коли частина сигналу, що утворюється на виході підсилювача, передається на його вхід. Якщо при цьому сигнал, що передається на вхід з виходу співпадає по фазі з вхідним сигналом, то зворотний зв'язок називається позитивним (додатним), інакше - негативним (від'ємним).

Види зворотного зв'язку:

а) зворотний зв'язок за струмом; б) зворотний зв'язок за напругою; в) змішаний зворотний зв'язок.

Способи подачі зворотного зв'язку на вхід підсилювача:

Коефіцієнт зворотного зв'язку -

в = Uзз / Uвих.

Визначимо зв'язок між коефіцієнтом зворотного зв'язку (в), коефіцієнтом підсилення безпосередньо підсилювача (К) і коефіцієнтом підсилення підсилювача із зворотним зв'язком (Kв).

Для наведених схем утворення і подачі зворотного зв'язку

а) ч г): U'вх = Uвх- Uзз .

Коефіцієнт підсилення для підсилювача без зворотного зв'язку для вхідного сигналу, що дорівнює U' вх:

К = Uвих / U' вх = Uвих /(Uвх - Uзз).

Ділимо чисельник і знаменник на Uвх:

Добуток K· в називається глибиною від'ємного зворотного зв'язку. Чим більше цей добуток, тим менше буде загальний коефіцієнт підсилення підсилювача, який охоплений від'ємним зворотним зв'язком.

Електронний генератор синусоїдальних електричних коливань

Самозбуджуємий генератор (автогенератор) синусоїдальних коливань уявляє собою резонансний підсилювач з додатним зворотним зв'язком без стороннього джерела вхідного сигналу.

Коливальний контур Lk, C є колекторним навантаженням транзистора V1. Індуктивний зв'язок між виходом і входом підсилювача забезпечується котушкою LБ, що приєднана до бази транзистора. Елементи R1, R2, RЕ, CЕ призначені для забезпечення необхідного режиму роботи за постійним струмом та його термостабілізації. Завдяки С1, що має малий опір на частоті генерації, створюється коло для змінної складової струму між базою і емітером. Точками позначені початки обмоток LБ і LК, оскільки необхідно виконати умову балансу фаз (згадайте, що таке додатний зворотний зв'язок).

Регулювання частоти коливань здійснюється зміною С або LК.

Лекція 18. МП - нові масові засоби цифрової техніки

Вступ до модуля “Мікропроцесорна техніка”.

Цей розділ принципово відрізняється від попередніх. Якщо в розділі “Основи електротехніки” розглядалась робота електротехнічних пристроїв з точки зору електроенергетики, а в розділі, присвяченому електроніці, яка є однією з галузей електротехніки, розглядались питання генерації, підсилення і перетворення електричної енергії як сигналу, то в цьому розділі робота електронних пристроїв розглядається з точки зору інформаційних процесів, тобто електричні сигнали вже виступають як носії інформації, а електронні пристрої - як засоби для зберігання і перетворення самої інформації.

...