1.7 Коэффициент усиления k’u соэ

Пренебрегая наклоном семейства выходных ВАХ (то есть считая их пологими), можно определить приращение коллекторного тока I_к

Iк=S/ U_бэ (1.11)

Тогда коэффициент усиления по напряжению можно найти как

Uвых Uвх = – Uк Uбэ =

– Uбэ=–S^/·Rк (1.12)

Пример.

I_к⁰ = 1 мА, R_к = 5 кОм, то K^/_u = –S^/ * Rк=_т*Rк Iк⁰= -40 мА/В * 5К= -200.

Здесь знак минус (-) означает, что фаза выходного сигнала сдвинута относительно фазы входного сигнала на 180⁰. Формула для коэффициента K^/_u выведена без учета влияния R^/вх и R^/вых.

1.8 Влияние r/вых.

Из рис.1.5 следует, что Iк= I^/к + I^//к , где

I^/к=S^/ U_бэ

I^//к= Uк Rвых = Uк rкоэ

Iк= S^/ Uбэ + Uк rк_оэ (1.13)

рис 1.5 ВАХ

Подставим в (1.12) значение Iк из (1.13), получим

Uвых Uвх = –S^/ (R_к|| r_к) (1.14)

Пример.

I_к⁰ = 1 мА, R_к = 5 кОм, r_к = 100 кОм, тогда получим K_u 192

1.9 Максимально достижимый коэффициент усиления k/u

Если считать, что R_к>>r_кэ, то

K^/_{u макс}= (1.15)

тогда

K^/u макс= ·Uэрли=Uэрли _Т (1.16)

Этот случай можно реализовать, если применить источник тока в качестве коллекторного сопротивления.

Идеализированный усилитель с ОЭ можно представить как четырехполюсник.

Пример.

Если Iк⁰ = 1 мА, Uэрли = 100 В, то K^/u макс = Uэрли _Т= =100В 25мВ=4000

1.10 Усилитель с оэ как линейный четырехполюсник

Усилитель с ОЭ как линейный четырехполюсник с коэффициентом K’_u (рис.6)

рис.1.6 линейный четырехполюсник с коэффициентом K’_u

Поскольку схема с ОЭ на БТ имеет конечные входное и выходное сопротивление, а усилительные свойства моделируются с помощью управляемого источника тока I_к с внутренним сопротивлением r_к, то эквивалентная схема транзистора в режиме малого сигнала может быть представлена в следующем виде:

рис 1.7 эквивалентная схема транзистора в режиме малого сигнала

Тогда коэффициент передачи по напряжению будет иметь вид

K^/_u = Uвых Uвх = I_к(r_к||R_к||R_н) Uвх= I_к(r_к||R_к||R_н) ( U^/вх ) = =K^/u(н) , где

K^/u_(н) – коэффициент передачи нагруженного усилителя.

Если R^/вх = Rг, то Ku = ½·K^/u_(н).

Отсюда следует, что для исключения влияния Rг, необходимо увеличить R^/вх.

Глава II

2.1 Цепи смещения

Цепи смещения – цепи задания рабочего режима усилительного каскада.

Из передаточной характеристики на рис.2.1. I_к=f(U_бэ) видно, что обеспечить режимный ток транзистора I_к⁰=1мА можно лишь при условии точного задания напряжения U_бэ⁰=U=0,6В.

Небольшое отклонения напряжения ∆U_бэ от напряжения U_бэ⁰ приводят к значительному изменению величины режимного тока Iк⁰.

рис.2.1. передаточная характеристика I_к=f(U_бэ)

В схеме на рис.2.3 R_к=5кОм и E_п⁺=+10В, напряжение покоя U_к⁰=E_п⁺-I_к0∙R_к=10В-1,0мА∙5кОм=5В.

Если напряжение на базе увеличится на 20мВ и составит 620мВ, то коллекторный ток увеличится на 1мА и будет равным 2мА, тогда U_к⁰=E_п-I_к⁰=10В-2мА∙5кОм=0В, т.е. транзистор переходит в режим насыщения и теряет усилительные свойства. Цепь смещения базового напряжения показана на рис.2.2.

Напряжение U_б⁰ определяется как

U_б⁰=U*=E_п∙ (2.1)

рис.2.2. цепь смещения базового напряжения

Изменения U_б⁰, связанные с разбросом величин R₁,R₂; температурной зависимости U_б(T) и β(T), приводят к изменению (нестабильности) режимного тока I_к⁰, что недопустимо. По существу эта схема является переключателем тока. Основным ее преимуществом является возможность получения максимального усиления по переменному сигналу K^/_U=-S'·R_к. Поэтому на первый взгляд представляется целесообразным устанавливать режимный ток с помощью базового тока I_б⁰, поскольку биполярный транзистор - это прибор, управляемый током. На рис.2.3. представлена простейшая схема задания базового тока I_б⁰ .

рис.2.3. схема задания базового тока I_б⁰

Режимный ток I_к⁰ определяется из выражения

I_к⁰=В·I_б⁰ (2.2)

Пример.

Если I_б0=10мкА, В=100, I_к=10мкА·100=1мА, тогда величина R_б= .

С учетом абсолютного разброса R_б= ±20% и может случится так, что ток I_к⁰ станет равным 2мА, тогда U_к⁰=E_п-I_к⁰·R_к=10В-10В=0, т.е. транзистор находится в режиме насыщения.

Поэтому выражение можно использовать, если транзистор при любых условиях работает в активной области. С другой стороны рассмотренная схема опять является переключателем тока, т.е. ток I_к⁰ является нестабильным.

Для повышения стабильности режимного тока I_к0 необходимо включить резистор R_э в эмиттерную цепь, т.к. в этом случае транзистор является источником тока, т.е. работает в активной области (конечно если I_к0<I_кmax= ). Поэтому напряжение

U_э⁰=U_б⁰-U*. (2.3)

Пример.

Если Uб⁰=1,6В, U*=0,6В, Rэ=1кОм, то I_к⁰=I_э⁰=

Изменения напряжения на базе на величину +20мВ увеличивает ток I_к⁰ всего на ∆U_э/R_э=20мВ/1кОм=20мкА.

Выбор R_э определяется желательной стабильностью рабочей точки А (I_к⁰ и U_к⁰) транзистора при изменениях температуры, разброса номиналов и других факторов. Сопротивление R_э обычно выбирают из условия Rэ>>rэ+Rг/(β+1)