книги из ГПНТБ / Шилов, В. Ф. Элементы электронной автоматики учебное пособие

- 90 -

Сущность усиления заключается в том, что входное сопротивление усилительного каскада в схеме о общей базой имеет величину 30-50 ом, а сопротивление нагрузки коллектора 5-10 ком, поэтому

,0,98 . I . 5100

и-------------- - 96.

§30. Включение транзисторов в электрические цепи и их характеристики

Транзистор может быть включен в усилительный каскад тремя различными способами: I) по охеме о общей базой,

2 ) по схеме с общим эмиттером, 3) по схеме с общим коллек­ торов. Эти способа указывает на то, какой из электро­ дов транзистора является общим для входной и выходной цепи.

С х е м а с о б щ е й б а з о й приведена на рисунке 82. В ней входной сигнал подводится к выводам эмит­ тера и базы, а выходной - снимается о нагрузки коллектора. Это каскад (см. предыдущий параграф) обладает малым входным и большим выходным сопротивлением. Для характеристики каждой схемы необходимо привести входные и выходные характеристики.

Входные характеристики выражают зависимость тока эмит­ тера от напряжения на эмиттере при постоянном напряжении на коллекторе.

Выходные характеристики устанавливают зависимость тока коллектора от напряжения на коллекторе при постоянном токе эмиттера.

- 91 -

так как ток эмиттера несколько возрастает. Такое малое влия­ ние напряжения Ux.s. на ток эмиттера объясняется тем, что доле, созданное напряжением U k .s . , сосредоточено в коллек­ торном переходе. Поскольку характеристики расположена близ­ ко друг к другу, то в справочниках, как правило, приводится только одна характеристика. Эти характеристики аналогична характеристикам прямого тока диода.

Семейство выходных характеристик (рис. 83) снимается при постояннах значениях тока эмиттера. При = 0 выход­ ная характеристика проходит через начало координат, так как

Обратный ток коллекторного перехода Эко. » получившийся

ном, что означает очень малое влияние напряжения. Us.* на ток коллектора. Для увеличения тока коллектора необходимо увеличивать ток эмиттера, чтобы из эмиттера в базу перехо­ дило больше неооновных носителей. Если 3 ^ - const , «'о ток коллектора при возрастании U«.S. увеличивается, главна» образом, т о л е д о 'за. счет уменьшения толщины база,, поэтому в

- 92 -

ней снижается рекомбинация, В этом случае большее количест­ во носителей заряда „остирает коллектора, его ток увеличи­ вается, а ток базы уменьшается.

Оообенносты. выходных характеристик является то, что при U k.S.= 0 ток коллектора имеет значительную величину, почти такую же, как и при U«.s.>0 • Это объясняется тем, что благодаря наличию сопротивления базы Zs.t. в данном ре­ жиме на коллекторном переходе фактически имеется некоторое напряжение, созданное на Zg.o. током базы.

Зависимость между токами и U ? является линей­ ной. Поэтому выходные характеристики при изменении тока на одну и ту же величину располагаются на одном и том же расстоянии друг от друга. На рисунке 83 штриховыми линиями

показано, что при перемене энака напряжения, уже црн неболь­ ших значениях этого напряжения ток коллектора резко уменьша­ ется, а затем изменяет свое направление и быстро возрастает. Объясняется это тем, что подаваемое напряжение вначале ком­ пенсирует падение наряжения на коллекторном переходе, а

(рис. 84) входной сигнал подводят к выводам эмиттера и базЩ а снимают сигнал с нагрузки коллектора. Физические процессе', происходящие в этой схеме, те же, что и в схеме о общей ба­ зой. Напряжение Ej, приложеЕ_юе к эмиттерному переходу в прямом направлении, способствует переходу дырок из эмиттер^ в базу. Этот переход создает ток эмиттера Л э , под возде! ствием которого в цепи коллектора протекает ток Э к л Э j•

.дотиму что небольшая часть дырок рекомбинирует в облаотн базы и образует ток базы. В общем эмиттерном участке ток равен Эз = J k + J s » а через источник входного сигнала проходит малый ток Js - Э ? ~ Эк* Поэтому схема дает зна­ чительноеусиление по току

и - Ь Ki* ” ь J<r

- 94 -

Рассмотрим теперь статические характеристики транзис­ тора, вклиненного в схему о общим эмиттером (рис. 84).

Входной характеристикой является график зависимости тока базы от напряжения база - эмиттер Uf.* , при постоян­ ном значении напряжения коллектор - эмиттер. Для U k.» = О характеристика идет из начала координат, потому что ток от­ сутствует (рис. 85). Эта характеристика подобна характерис­ тике прямого тока полупроводникового диода. Для значения

U K.^> 0 характеристика сдвигаетоя вправо,ток базы уменьша­ ется и при малых US.г становится отрицательным. Однако изменение l/к.а йая0 влияет на ток базы г входные характе­ ристики расположены близко друг к другу, поэтому в справоч­ никах приводится лишь одна входная характеристика.

Выходные характеристики транзистора для схемы с общим эмиттером представляют собой зависимости тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при постоянном токе базы (рио. 86). Первая характеристика для 3$. * О выходит из начала координат и напоминает-обратную, характе­ ристику полупроводникового диода.' Уоловие. ds/a 0 соответ­ ствует разомкнутой цепи базы* При. этом черев-весь транзис­ тор от эмиттера к коллектору проходит некоторый начальный ток, который называется сквозным и обозначается через Этот ток имеет величину порядка десятков или сотен микро­

ампер и значительно превосходит обычный обратный ток элект­ ронно-дырочного перехода. При значительном повышении напря­ жения 1/к.э *о к J m .o резко возрастает, что объясняется наступлением электрического пробоя. Пробой может наступить при обрыве цепи базы, поэтому вначале включают питание в цепи базы, а затем в цепи коллектора*

Бели J s > 0 , то выходная характеристика расположена выше, чем при 3f~ О* Увеличение тока базы означает и уве­ личение тока эмиттера, частью которого является ток базы Js Поэтому пропорционально возрастает и ток коллектора. Благо­ даря линейной зависимости между токами пологие участки со­ седних выходных -характеристик расположены приблизительно на одинаковых расстояниях друг от друга..

- 96 -

ден по формуле

Входное сопротивление схемы с общим коллектором очень велико (порядка десятков и сотен килоон), а выходное сопро­ тивление, наоборот, мало и доставляет лиш±> десятки и сотни ом. Поэтому каскад с общим коллектором имеет коэффициент усиления по напряжение меньше единицы K v = 0,9 - 0,95, а усиление по мощности несколько меньше коэффициента усиления по току. Эта схема служит в основном для согласования сопро­ тивлений между отдельными каскадами усилителя или между вы­ ходом усилителя и ннзкооыной нагрузкой. Обычно характеристи­ ки для схем с общим коллектором не приводятся.

§ 31. Усилители низкой частоты

Усилители низкой частоты на транзисторах могут быть классифицированы по применению, режиму работы, по виду овязж между отдельными каскадами.

По применению УВД можно разделить на усилители напряже­ ния, тока и мощности. Первые оообенно часто применяют в пред­

Это деление усилителей чисто условное, так как вое уси­ лители являются усилителями мощности.

По режиму работы усилители делят на классы А, В, С. Класс усиления определяется положением рабоч( '1 точки на ха-

- 97 -

рактериотике транзистора.

По виду связи нейду отдельныни каскадами усилители могут бнть о емкостной, трансформаторной и непосредственной связью.

Предварительные усилительные каскады применяются для повышения интенсивности сигнала, возбуждающего оконечные каскады усилителя. Наибольшее распространение в схемах пред­ варительного усиления получил каскад с общим эмиттером

ее потенциал относительно эмиттера. Это приводит к изменению тока базы, а следовательно, к изменению тока коллектора и напряжения на нагрузке. Выбор рабочей точки на выходных ха­ рактеристиках транзистора осуществляется заданием определен­ ного тока смещения базы. При известных э.д.о. источника пи­ тания цепи коллектора Eg и сопротивления нагрузки RH строят динамичеокую характеристику (рис. 89), исходя из соотношения

1 _ Ек ~Ut<.9

D « ~ Ян

Например, Eg = 10 в, 7 ом, то ток коллектора, со­ ответствующий и*.?.= 0 будет равен

Ек _ jffl

Эк.* «н " ? 1,4

- 90 -

На оси ординат выходных характеристик откладывают значения тока 17к = 1,4 а (т. А), а на оси абсцисс - значение напря­ жения Ед (т. Б). Точки А и Б соединяют и получают динамичео* кую характеристик:'. Для получения наименьших искажений уси­ ливаемого сигнала рабочую точку Р следует располагать на середине отрезка АБ (режим класса А). При этом положение рабочей точки Р соответствует току смещения в цепи базы

Ds = 35 ма.

В режиме класса А рабочая область характеристики заклю­ чена между осями координат и линиями максимального коллек­ торного тока и максимального коллекторного напряжения.

Если усилитель работает в режиме класса В, то рабочая точка выбирается на конце характеристики, соответствующем максимальному напряжению. На положение рабочей точки вдияе!! окружающая температура. Чувствительность транзисторов к из­ менению температуры в основном объясняется сильной зависи­ мостью начального коллекторного тока У*., и тока базы Эг от температуры. У германиевых транзисторов начальный кол­

лекторный ток изменяется примерно в 2 раза на каждые 11° из­ менения температуры. ' -

Так как Э* - ., то изменение тока базы наибо­ лее сильно влияет на величину тока коллектора. Поэтому не­

иЯг делят напряжение источника питания как бы на два ис­

точника, один из которых включен между коллектором и базой, а другой между базой и .эмиттером. Делитель жестко фиксируем напряжение на базе транзистора. Резистор R ? создает цепь отрицательной обратной связи по току. Предположим, что в результате изменения температуры изменился ток эмиттера и это вызвало изменение токов базы и коллектора. Если ток через резистор Я э увеличился, то увеличится напряжение

на нем, причем полярность напряжения такова, что смещение на базе транзистора увеличится и база станет менее отрица­

тельной по отношению к эмиттеру. В результате ток черев эмиттерный переход уменьшится, что вызовет уменьшение тока базы и коллектора. При уменьшении тока через резистор R, в цепи эмиттера транзиотора все происходит наоборот. Таким образом, действие напряжения обратной связи, выделяющегося ва этом резисторе автоматически стабилизирует режим работы транзистора. Этот резистор шунтируют конденсатором, чтобы

отрицательная обратная связь действовала только на постоян­ ном токе, не нарушая работу транзистора на переменном токе.

Схема усилителя о емкостной связью позволяет более полно использовать преимущества транзисторов в отношении размеров, веса, экономичности питания. Основным недостатком охемы является то, что ввиду высокого выходного и низкого входного сопротивления транзистора разделительные емкости между каскадами составляют неоколько микрофарад.

Выходной каскад УНЧ может быть двухтактным (рис. 90) - это как бы два однотактных, р о включенных "вверх ногами" по

Рио 90

отношению друг к другу. Этот каскад обычно работает в * зжиме класса В и его работа аналогична работе усилителя мощности на электронных лампах. При подведении входного сигнала в те­ чение каждого последующего по..упериода ток проводит один из

транзисторов, на базу которого поступает отрицательно., напря­ жение. Коллекторный ток открытого транзистора образует на