Биполяр транзисторлы күшейткіштер.
1.Кері байланыстың күшейткіш құрылғылары және аналогтық құрылғылардың негізгі көрсеткіштері мен сипаттамаларына әсері. 2.Күшейткіш құрылғылардың параметрлерінің өзгеруіне сезімталдығы. І№Кері байланысы бар күшейткіш құрылғыларының орнықтылығы және анықтайтың жолдары.
Әртүрлі технологиялық қондырғыларды өнеркәсіптік электрониканың элементтік құраушы бөлігі болып табылатын күшейткіштер кеңінен қолданылады. Күшейткіштер деп кірмесіне әлсіз электрлік сигнал беру арқылы шықпасында оны өзгерту заңдылығын қайталайтын және одан әлдеқайда қуатты сигнал алуға болатын құрылғыларды айтады. Күшейтетін параметріне қарайтын күшейткіштер кернеулік, токтық және қуаттық болып бөлінеді. Өте әлсіз сигналдарды күшейту үшін бірнеше күшейткіштік сатыдан тұратын күшейткіштер қолданылады. Бір сатылы күшейткіш күшейткіштік каскад деп аталынады. Қазіргі кернеулік күшейткіштер кернеуі В әлсіз сигналдарды күшейтуге мүмкіндік береді.
Күшешткіштердің негізгі параметрлеріне токты, кернеуді және қуатты күшейту коэффициенттері мен кірмелік және шықпалық кедергілері, ал негізгі сипаттамаларына күшейту коэффициенттерінің амплитудадан және жиіліктен тәуелділіктері жатады.
Транзисторлардың үш түрлі схемасына сәйкес биполяр транзисторлы күшейткіштердің де үш түрлі схемасы болады. Транзистордың эмиттері ортақ жалғану схемасының жиі қолданылатындығы және оның басқа жалғану схемаларына қарағанда артықшылықтары айтылған-ды. Енді осы схемаға құрылған эмиттері ортақ каскадтың жұмысын қарастыралық.
1-суретте эмиттері ортақ күшейткіш каскадтың қарапайым схемасы келтірілген. Мұндағы Rк резисторы транзистордың базасына қорек көзінен кернеу беріп, кірмек сигнал жоқ кезде де оны ашық күйде ұстау үшін керек. Конденсатор С1 қорек көзінен сигнал көзіне тұрақты токты өткізбейді және транзистордың кірмесін сигнал көзімен қысқа тұйықталудан сақтайды. Жүктемені (Rж) бір үшы С2 конденсаторы жүктеме тізбегіне коллектор тогынан айнымалы құраушысын ғана өткізу үшін керек.
1-сурет. Эмиттері ортақ күшейткіш каскадтың қарапайым схемасы
Кірмелік сигнал жоқ кезде коллектор тізбегімен Iко тогы жүреді. Бұл токтың шамасы көрек көзінің ЭҚК-не, Rк резисторының кедергісіне және базаның тогына (Iбо) байланысты анықталады. Қорек көзі Ек, резистор Rк және коллектор-эмиттер Кирхгофтың екінші заңы бойынша анықталады:
ІкоRк + Uко = Ек
мұндағы Uко – коллектор мен эмиттердің арасындағы кернеу.
Кірмелік сигнал жоқ кездегі күшейткіш каскадтың жұмыс әлпі тыныш әлпі деп аталады. Каскадтың тыныш әлпіндегі электрлік күйіндегі теңдеуі (Ек,О) және (О, Ек/ Rк) нүктелері арқылы өтетін түзудің теңдеуі болып табылады. Бұл түзуді тұрақты ток бойынша жүргізілген жүктемелік түзу деп атайды.
Транзистордың шықпалық сипаттамасы мен жүктемелік түзуді бір кординаттар жүйесінде тұрғызып (2-сурет), базалық токтың әртүрлі мәндеріне сәйкесті коллекторлық кернеу мен коллекторлық токтың мәндерін табуға болады. Транзистордың тыныш әлпіндегі базалық токты, яғни
Ібо = (Eк - Uбо)/Rб
мәні (0 нүктесі) шықпалық сипаттамалар жиынтығының және сипаттаманың қанығу үрдісіне сәйкес бөлігінің ортасында жататындай етіп таңдап алады. Бұл нүктені тыныштық нүктесі деп атайды.
Егер күшейткіш каскадтың кірмесіне синусоидалы кернеу (Uкр) берсе (2, а-сурет), онда база мен тыныш әлпіндегі базаның тұрақты кернеуінің алгебралық қосындысына тең болады:
Uб=Uкр+Uбо
Осы кернеу тудыратын базаның тогы да оның синусоидалы құраушысы мен тыныш әлпінің тогының алгебралық қосындысына тең болады, яғни:
Іб=іб+Ібо
Бұл токтың транзистордың кірмелік сипатамасын пайдалана отырып тұрғызылған графигі (2, б-сурет) келтірілген. Базаның тогы синусоидалы заңдылықпен өзгеріп, коллектордың тогының да синусоидалы өзгерісін туғызады. Ал коллектордың тогының синусоидалы өзгеруі салдарынан коллектордың кернеуі де синусоидалы өзгеріп отырады. Коллектордың кернеуінің графигін тұрғызу үшін коллектордың тогының базаның тогынан тәуелділік графигін тұрғызу керек. Бұл тәуелділік ауыспалық сипаттама деп аталады (2, в-сурет). Осы ауыспалық сипаттама мен шықпалық сипаттамадағы жүктеме сызығын пайдалана отырып (2, г-сурет), коллектордың кернеуінің графигі алынады (2, д-сурет). Коллектордың тогы өскен сайын Rк резисторында кернеудің түсуі артады да, коллектордың кернеуі кемиді және керісінше. Сондықтан кірмелік кернеудің оң мәнінде коллектордың кернеуі теріс мән қабылдайды, яғни кірмелік кернеу мен шықпалық кернеудің фазалық қарама-қарсы болады. Мұндай каскадты фаза төңкергіш каскад деп атайды. Графиктен көрініп тұрғандай, коллектордың кернеуі де синусоидалы болады. Ал сандық шамасы жағынан синусоидалы құраушысына тыныш әлпіндегі кернеуі қосылатындықтан кірмелік кернеуге қарағанда әлдеқайда үлкен болады. Каскадтың осы әлпінің коллекторлық кернеуі:
Uк=Eк – ІкоRк – ікRк
Сонымен, күшейткіш каскадтың кірмесіне кішкене кернеу беріп, оның шықпасында көрек көзі тудыратын және берілген кернеудің заңдылығымен өзгеріп отыратын одан әлдеқайда үлкен кернеу алуға болады.
Жоғарыда шала өткізгіш нәрселердің параметрлерінің температураға өте сезімталдығы айтылған болатын. Егер температура жоғарыласа базаның тогы өседі де, ал базаның тогының өсуі коллектордың тогының өсуін тудырады. Сондықтан тыныштық нүктесі жүктемелік түзудің бойымен жоғары көтеріледі де (2, г-сурет), шықпалық кернеудің теріс мәнді жарты толқынының пішіні бұзылады, яғни шықпалық кернеудің пішіні күшейткішке берілген кернеудің пішінін қайталамайды. Егер температура төмендесе, онда база мен коллектордың тогы азаяды да, тыныштық нүктесі жүктемелік түзудің бойымен төмен қарай ығысады. Бұл шықпалық кернеудің оң мәнді жарты толқынының пішінінің бұзылуына әкеліп соғады.
2-сурет. Транзистордың шықпалық сипаттамасы мен жүктемелік түзуі
Ендеше, температура өзгергенмен тыныштық нүктесі өз орнын сақтайтындай, яғни күшейткіш каскадтың тыныш әлпін тұрақтандыратын шаралар қолдану керек. Ол үшін әдетте эмиттерге бір ізді етіп резистор (Rэ) жалғанады. Егер коллектордың тогы көбейсе, онда Rэ резисторының кернеудің түсуі де көбейеді. Бұл эмиттердің потенциалы ортақ нүктеге қарағанда базаның потенциалы Rэ резисторыныдағы кернеудің түсуімен анықталатын тұрақты шама болғандықтан, Rэ резисторындағы кернеудің түсуі база мен эмиттердің арасындағы кернеуді азайтады. Базаның кернеуінің азаюы оның тогын азайтады, ал базаның тогы азайса, онда коллектордың тогының да азаятыны белгілі. Ендеше тыныштық нүктесі жүктемелік түзудің бойымен өзінің бұрынғы орнына ығысады.
Базаның потенциалына эмиттердің тогының синусоидалы құраушысының әсерін болдырмау үшін Rэ резисторына параллель Сэ конденсаторын жалғайды. Сэ конденсаторының сыйымдылығы Rэ резисторының тогында синусоидалы құраушы ток жоқ деп есептейтіндей үлкен болуы керек, яғни Сэ конденсаторларының кедергісі Rэ резисторының кедергісінен әлдеқайда аз болуы керек.
Эмиттері ортақ күшейткіш каскадтың кернеуі, токты және қуатты күшейту коэффициенттерін төмендегі өрнектерден жуықтап табуға болады:
Ku ≈ h21Rк
Ki ≈ β Rк/(Rк + Rж)
Kр ≈ Ku * Ki
Жоғарыда эмиттер тізбегінің кернеуі арқылы, яғни шықпалық кернеудің өзгеруі арқылы базаның кернеуіне әсер етіп, яғни кірмелік кернеуге әсер етіп тыныштық нүктесін тұрақтандырылады. Бұлайша күшейткіштің шықпалық параметрлерінен кірмелік параметрлеріне сигнал беру кері байланыс деп аталады. Кері байланыс тізбегі арқылы кірмеге берілген сигнал кірмелік сигналмен не қосылып оны күшейтеді де, не одан шегеріліп оны әлсіретеді. Егер кері байланыс кірмелік сигналды азайтатын болса, онда ол теріс кері байланыс деп аталады. Қарастырылып отырған схемадағы кері байланыс теріс кері байланыс болып табылады, өйткені ол базаның кернеуін азайтқан болады. Кері байланыс кірмелік кернеуді әлсіреткенімен, шықпалық кернеуді тұрақтандырады және ол кірмелік кернеудің пішінін сақтайтын болады. Егер кері байланыс кірмелік кернеуді күшейтетін болса, онда ол оң кері байланыс деп аталады. Оң кері байланыс тыныштық нүктесінің ығысуына, ал оның салдарынан шықпалық кернеудің пішінінің бұзылуына әкеліп соғады. Сондықтан күшейткіштік каскадтарда негізінен теріс кері байланыс қана қолданылады.
Лекция 10
Тұрақты ток күшейткіштері.