Искажения в каскадах усилителя на дискретных элементах

October 2, 2013 by admin Комментировать »

Искажения могут быть вызваны неправильной величиной смещения, насыщением при слишком большом усилении либо слишком малым усилением, недостаточным для того, чтобы сигнал обратной связи мог сгладить искажения. Проблемой, часто встречающейся в каскадах усилителей, охваченных обратной связью, и приводящей к искажениям, является увеличение усиления из-за тока утечки транзистора. Как правило, считается, что повышение тока утечки перехода коллектор- база транзистора снижает усиление, так как этот ток имеет противоположенное по отношению к току сигнала направление. Несмотря на то что данное утверждение справедливо для одиночного каскада, оно может оказаться не совсем верным для многокаскацного усилителя, охваченного обратной связью.

При значительных токах утечки перехода коллектор-база транзистора напряжение на базе становится ближе к напряжению на коллекторе (по сравнению со случаем отсутствия тока утечки). В такой ситуации возрастает не только прямое смещение на транзисторе, но и ток через транзистор. Увеличение тока транзистора вызывает снижение входного сопротивления, что само по себе может вызвать снижение усиления в некоторых схемах. Если усилитель, охваченнЫй обратной связью, имеет непосредственно связанные каскады, влияние обратной связи возрастает. Это происходит потому, что рабочая точка следующего каскада, задаваемая смещением на базе, также смещается, что может привести в результате к искажениям.

Влияние утечки на работу схем с дискретными элементами

При наличии значительных токов утечки усиление в каскаде на дискретных элементах снижается до нуля и/или форма сигнала значительно искажается. Эта же причина вызывает изменения формы и величины напряжений на транзисторе.

Внешние проявления позволяют сравнительно легко определить причину неисправности. Определение неисправности становится весьма сложным в том случае, когда токи утечки достаточны только для снижения усиления, но не вносят значительных искажений в форму сигнала или существенных изменений в напряжения на транзисторе.

Ток утечки коллектор-база

Повышенный ток утечки коллектор-база – один из наиболее частых дефектов транзистора и классическая причина низкого значения усиления для отдельного каскада. При наличии тока утечки перехода коллектор-база транзистор может оказаться смещенным в прямом направлении или прямое смещение увеличится (см. рис. 6.356). Влияние тока утечки коллектор-база эквивалентно действию резистора, включенного между коллектором и базой транзистора. Потенциал базы становится ближе к потенциалу коллектора, и транзистор смещается в прямом направлении. При достаточно высоких значениях тока утечки транзистор может оказаться в режиме насыщения (либо в состоянии, близком к насыщению). Во время работы транзистора в этих условиях коэффициент усиления (одиночного каскада) уменьшается, как показано на рис. 6.35в.

Проверка токов утечки транзисторов в схеме

Если номинальные значения напряжений неизвестны, как бывает в случаях с экспериментальными схемами, неисправный транзистор может выглядеть вполне исправным, так как соотношения между всеми напряжениями находятся в норме. Переход коллектор-база смещен в обратном направлении (для транзистора n-p-n типа положительное напряжение на коллекторе больше, чем на базе), а переход эмиттер-база смещен в прямом направлении (для транзистора n-p-n типа напряжение на базе больше, чем на эмиттере).

Простой способ проверки транзистора на наличие токов утечки показан на рис. 6.35г. Напряжение на коллекторе измеряется относительно «земли». Затем закорачиваются между собой базовый и эмиттерный выводы и повторно измеряется напряжение на коллекторе. При отсутствии утечек закорачивание перехода эмиттер-база выключает транзистор, а напряжение на коллекторе возрастает до напряжения источника питания. При наличии же каких-либо утечек для тока сохраняется прежний путь (через эмиттерный резистор, шунт эмиттер-база, сопротивление утечки коллектор-база и коллекторный резистор). На коллекторном резисторе происходит некоторое падение напряжения, и потенциал коллектора будет ниже напряжения питания на эту величину.

Большинство измерительных приборов обладает собственным потреблением тока по входу. Этот ток во время измерений протекает через коллекторный резистор (см. рис. 6.35r), что может привести к недоразумениям, особенно в тех случаях, когда у прибора низкое значение параметра Ом/В. Чтобы этого избежать, рекомендуется подключить прибор к источнику питания через вспомогательный резистор, имеющий такое же сопротивление, что и коллекторный. Напряжение источника питания относительно «земли» в этом случае должно быть точно таким же, как при измерении напряжения на коллекторе относительно «земли». Если же

измеренное напряжение источника питания больше, чем напряжения на коллекторе, то транзистор имеет утечку.

Предположим, что напряжение на коллекторе, измеряемое относительно «земли», равно 4 В (см. рис. 6.35r). Значит, падение напряжения на коллекторном резисторе составляет 8 В и ток коллектора равен 4 мА (8 / 2000 = 0,004). Как правило, нормальное рабочее напряжение коллектора равно приблизительно половине напряжения источника питания (то есть примерно 6 В в рассматриваемом примере). Хотя напряжение на коллекторе равно 4, а не 6 В, это не означает дефекта схемы, так как некоторые схемы разработаны именно для таких напряжений.

Тем не менее транзистор должен быть проверен на утечку с использованием закорачивания перехода эмиттер-база (рис. 6.35r). Допустим, что напряжение на коллекторе возрастает до 10 В при закорачивании выводов эмиттера и базы (напряжение на коллекторном резисторе – 2 В при напряжении источника питания 12 В). Это указывает, что транзистор находится в режиме отсечки, но через резистор все еще протекает некоторый ток, и его величина составляет примерно 1 мА (2 / 2000 = 0,001).

Значение тока 1 мА слишком велико для входного тока большинства современных измерительных приборов. Для подтверждения утечки именно в транзисторе подключите его через вспомогательный резистор сопротивлением 2 кОм (соответствующий коллекторной нагрузке) к источнику питания 12 В (лучше всего в той же точке, где подключен коллекторный резистор). Предположим, что с использованием внешнего резистора показания прибора составили 11,7 В. Это свидетельствуют о том, что транзистор имеет утечку.

Ток утечки транзистора можно оценить следующим образом: 11,7 – 10 = 1,7 В (разность напряжений), и утечка составляет 1,7 / 2000 *= 0,00085 = 0,85 мА. Однако с практической точки зрения наличие сколько-нибудь заметного тока, протекающего через транзистор, который находится в режиме отсечки, является безусловным и достаточным основанием для его замены.

Источник: Ленк Д., 500 практических схем на популярных ИС: Пер. с англ. – М.: ДМК Пресс, – 44 с.: ил. (Серия «Учебник»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты