книги из ГПНТБ / Ульянов О.И. Инженерные методы расчета ламповых и транзисторных схем

Отсюда коэффициент усиления напряжения

Приращение тока в каждом из триодов при действии ивх равно

Лнэкв 2 R a - R l + (Ra + R i ) - R u

Но поскольку в режиме класса А оно не должно превосходить величины (1-51), то можно найти допустимый максимум вход­ ного напряжения

Ru

Выходное сопротивление может быть найдено по (1-41) или из эквивалентной схемы рис. 14, в

1—7. Дальнейшая формализация расчета ламповых цепей по методу эквивалентных схем

В предыдущих параграфах показано, что цепи с лампами могут рассчитываться раздельно для постоянной и переменной составляющих анодного тока. Для каждой из составляющих лампу замещают соответствующей эквивалентной схемой (схе­ мой замещения): для постоянной — по рис. 15, переменной — рис. 16. Направление э. д. с. источника U* на рис. 15 показано -для триода; для тетрода и пентода оно будет обратным. У зависи­ мого источника \iUос показано направление э. д. с. для отрица­ тельного значения U0с. На рис. 16 направление э. д. с. соответ­ ствует положительному мгновенному значению 7/0—

Под дальнейшей формализацией расчета ламповых цепей по методу эквивалентных схем имеется в виду следующее. Расчет на основе уравнений анодного тока или контурных уравнений

20

ставить сначала общую эквивалентную схему. Для этого нужно «заместить» все лампы, а также все другие элементы цепи их расчетными эквивалентами. Затем полученную общую эквива­ лентную схему на двухполюсных идеальных элементах рассчи­ тывают, применяя известные методы расчета электрических схем.

Составляя расчетную схему, необходимо стремиться к макси­ мальному упрощению. Наиболее частые упрощения следующие. Сопротивление источника питания Un для переменной составля­ ющей тока принимается равным нулю. Пренебрегают сопротив­ лением конденсатора по сравнению с последовательно включен­ ным активным сопротивлением. А при параллельной комбина­ ции считают, что конденсатор накоротко шунтирует активное со ­ противление. Естественно, что такие допущения можно сделать только для определенного диапазона частот переменной состав­ ляющей и при соответствующем выборе емкости конденсатора.

С повышением частоты преобразуемых ламповыми цепями

лены эти емкости, после чего она примет вид рис. 17, а. В об­ щем случае для высоких частот полные проводимости между электродами лампы отображаются согласно схемам рис. 17, б, в.

21

Пример расчета 1 — 1

Усилитель выполнен по принципиальной схеме рис. 18 на двух половинах лампы 6Н6П (ц=20, S = 11 ма/в, і?{=1,82 ком, напряжение приведения U* = 30 в). Напряжение источника пи­ тания и п—250 в. Элементы усилителя выбрать так, чтобы обес­ печить исходный режим по постоянному току (режим покоя):

^ осі= 1»5 в, /0аі = 10 ма, £/0с2—5 в, / о а 2 = 2 0 ма.

Составить низкочастотную и высокочастотную эквивалентные схемы усилителя по переменному току.

Для постоянного тока эквивалентная схема усилителя пред­ ставлена рис. 19, из которой следует, что

Для того чтобы смещение сетки лампы Л2 было отрицательным и равным 5 в, необходимо падение напряжения на сопротивле­ нии RC2

22

Исходя из рассчитанного падения напряжения на RcZ, нуж­ но обеспечить равенство

Прежде чем получить эквивалентную схему для переменной составляющей, можно предварительно изобразить так называе­ мую расчетную схему по переменному току. Для усилителя рис. 18 такая схема приведена на рис. 20. Затем, заменив лампы схемой замещения на двухполюсных элементах, переходят к эк­ вивалентной схеме усилителя. Если для рассчитываемого усили­ теля применить схему замещения лампы по рис. 16, б, то полу­ чим низкочастотную эквивалентную, представленную на рис. 21.

Рис. 22. Высокочастотная эквивалентная схема усилителя.

23

Для повышенных частот, применив схему замещения лампы до рис. 17, в, получим эквивалентную схему усилителя, изобра­ женную на рис. 22. Обе схемы могут быть рассчитаны как обычные электрические схемы, но может быть эффективно при­ менен хорошо разработанный способ расчета [5] с использова­ нием матричного аппарата, кратко изложенный в параграфе

1— 10.

1—8. Применение метода для расчета транзисторных схем

Для произвольной точки А на семействе коллекторных харак­ теристик транзистора (рис. 23, а), включенного по схеме с об­ щим эмиттером, допустив такую же идеализацию, как и в слу­ чае электронной лампы, получим

Знак плюс перед членом h-ß-Ri получен для отрицательного приращения тока базы. Сменим этот знак на противоположный, но зато в дальнейшем будем подставлять іб с учетом знака. Итак, уравнение коллекторного тока примет вид

Рис. 23. Идеализация характеристик транзистора:

а — линейная аппроксимация выходных характеристик транзи­ стора; б — определение напряжения приведения по любой кол­ лекторной характеристике.

24

Контурное уравнение коллекторной целина основании (1-62)

ик + U* — ік'Ri — iffy'Ri — 0.

(1-63) Возьмем для примера каскад по схеме рис. 24 и конкретизируем для

него уравнение (1-63)

Рис. 25. Эквивалентные схемы каскада с общим эмит­ тером:

а — по постоянному току; б — по переменному току.

25

Будем считать, что и для других режимов сохраняются эти же значения параметров. (Такое допущение лежит в основе метода эквивалентных схем).

Из курсов полупроводниковых приборов известно, что внут­ реннее сопротивление транзистора

а сопротивление входа ,

R a x ~ h n б (1 + ß),

тогда

Ri = — ^ - = 7500 ом,

4 -ІО“ 3

R BX = 30 (1 + 14) = 450 ом.

Полагаем, что конденсаторы Ссв и Ссв2 выбираются так, чтобы их сопротивления для заданной частоты были значитель­ но меньше соответственно Япхжи и Ru- Поэтому при дальней­ ших расчетах влиянием этих конденсаторов пренебрегаем.

Транзисторный усилитель будет работать в режиме класса А и сможет обеспечить наибольшее напряжение на выходе, если

(1-69)

или

/°к = ^ = 2,5 ма.

По (1-65) найдем необходимый для осуществления такого режи­ ма базовый ток смещения

Выясним, как можно определить U* при отсутствии коллектор­ ной характеристики для г'б = 0. Из рис. 23, б видно, что доста­ точно знать ток приведения для характеристики, отвечающей какому-то значению базового тока £б

./*' = U*'-iga = U * + ie-Z-Ri Ri

26

1—9. Эквивалентные схемы транзистора

Расчет транзисторных цепей с использованием эквивалент­ ных схем, полученных на основе линейной аппроксимации кол­ лекторных характеристик, связан, в отличие от ламповых цепей, с дополнительными трудностями. Нельзя принять, как для лам­ пы (даже в диапазоне низких частот), что транзистор обладает бесконечно большим входным сопротивлением. Обычно между базой II эмиттером относительно малое сопротивление, и оно отображается на эквивалентной схеме рис. 26. Зависимый ис­ точник э. д. с. (рис. 26) управляется током іб~. Ток зависит от входного сопротивления, которое в свою очередь в сильной сте­ пени зависит от исходного режима по постоянному току. Если еще учесть, что на коллекторные характеристики существенно влияет температура перехода, которая также связана с исход­ ным режимом и температурой окружающей среды, то станет понятным поиск более удобных для практики расчета эквива­ лентных схем транзистора.

Эквивалентные схемы могут преобразовываться из одного вида в другой. Параметры элементов одной схемы пересчиты­ ваются на параметры элементов другой. Эти вопросы достаточ­ но широко рассматриваются в литературе, например [5, 7]. Под­ черкнем только следующее важное обстоятельство. От измене­ ния схемы включения транзистора (с общим эмиттером и т. д.) или от изменения цепей, в которых он работает, физические про­ цессы в нем не зависят (транзистор останется самим собой). При этом имеется в виду, что по постоянному току во всех слу­ чаях обеспечивается один и тот же режим. Это значит, что пра­ вомерно существование такой эквивалентной схемы, которая оставалась бы действительной для любых включений транзи­ стора при неизменности параметров ее элементов в условиях сохранения режима по постоянному току. Такой является широ­ ко практически применяемая для низких частот Т-образная эквивалентная схема транзистора- (рис. 27). Параметры элемен­ тов этой схемы часто условно называют внутренними.

Читателя может беспокоить вопрос, сможет ли он найти значения параметров по справочнику. Одним из последних вы-

26

пусков справочников является [8]. Его достоинством, в частно­ сти, является упорядоченная система указания параметров транзисторов. Для расчета режимов усиления малого сигнала указываются, как правило, ft-параметры. Формулы для опреде­ ления параметров Т-образной эквивалентной схемы транзисто­ ра [5] приведены в табл. 1.

1—10. Составление матрицы схемы с зависимыми источниками и определение по ней вторичных

параметров

1-й СЛУЧАИ. Значение задающих токов зависимых источни­ ков тока определяется произведением управляющей величины (напряжения) и управляющего параметра — проводимости. Так, в схемах (рис. 21 и 22) управляющей величиной является сеточное напряжение Uc, а управляющим параметром — кру­ тизна лампы S (известно, что крутизна имеет размерность проводимости). Для таких схем можно записать матрицу про­ водимости схемы с учетом зависимых источников тока по про­ стому правилу. Применяется всегда каноническая система се­ чений. Это значит, что один узел, обычно общая шина, считает­ ся базисным (нулевым). Со всеми остальными узлами связы­ ваются сечения. Сечения нумеруются, как это показано на

29