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

3—2. Определение параметров транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) по основным динамическим параметрам

где КI и R вх — динамические параметры, определенные для задан­ ного режима по характеристикам динамических: параметров.

В общем случае в (3-1) и (3-2) вместо RHи /?вх подставляются

Zu ИZux-

Следует заметить, что по характеристикам рис. 49 могут быть построены зависимости К и Кр от /ок и Ru-

Разброс значений К для транзисторов значительно меньше,, чем Кі. Это объясняется следующим [20]. Входное сопротив­ ление транзистора, включенного по схеме ОЭ, находится через-, внутренние параметры r^, гэ, гк и гт

Кі- Как показали исследования [20, 23], погрешность в опреде­

енты усиления мощности, рассчитанные по (3-2), оказываются с большей погрешностью, обычно до 30—40%.

Выходное сопротивление транзистора в схеме ОЭ

73:

В свою очередь внутренние параметры могут быть опреде­

Пример расчета 3— 1

Для транзистора П13А, включенного по схеме ОЭ, требует­ ся найти динамические параметры. Известно, что режим его определяется нагрузочным сопротивлением /?а= 5 ,І ком и кол­ лекторным током покоя І0к— 1 ма.

По характеристикам динамических параметров транзистора П13А рис. 49 для заданных значений нагрузочного сопротивле­ ния и коллекторного тока находим Кі= 47 и /?вх=1,3 ком.

По (3-1) и (3-2) определяем

К= 184,

3—3. Рекомендации по выбору режима транзистора в схеме ОЭ

Анализ характеристик динамических параметров [20, 23, 25] позволяет сделать ряд практических выводов, которые следует

-.74

учитывать при выборе режима работы транзистора в схеме ОЭ:

1. Динамический коэффициент усиления тока мал при не­ больших значениях коллекторного тока. С ростом тока он воз­ растает, а затем начинает убывать. Значит, имеется область коллекторных токов, в которой транзистор обеспечивает мак­ симальные значения коэффициента усиления тока. При малых сопротивлениях нагрузки спад Кі с ростом /ок незначительный, и следовательно, значение Кі, близкое к максимальному, можно получить при относительно высоком значении коллекторного

вых.

2. Относительно высокое сопротивление входа может быть получено при малом коллекторном токе. С ростом тока вход­ ное сопротивление падает сначала быстро, а затем медленно.

увеличивается с ростом Ru, но в меньшей степени, чем Ra (так как с ростом последнего уменьшается Кі). Коэффициент уси­ ления напряжения при данном токе коллектора практическипропорционален произведению Kr Rn■Это следует из (3-1), если: учесть, что при постоянстве тока коллектора входное сопротив­ ление можно считать не зависящим от Ru. С ростом тока І0к, но не при очень больших значениях его, коэффициент усиления напряжения возрастает при любых величинах Rn.

4. Коэффициент усиления мощности для заданного Rn име­ ет максимум при определенных значениях тока покоя коллек­

лекторных токов. Поэтому для первых коллекторный ток выби­ рается обычно несколько большим.

6. Динамические коэффициенты усиления кремниевых тран­ зисторов в среднем имеют меньшие значения. Обычно для по­ лучения того же коэффициента усиления мощности в усилителена кремниевых транзисторах требуется большее число каска­ дов, чем германиевых.

7.Выходное сопротивление уменьшается с ростом коллек­ торного тока и внутреннего сопротивления источника входного сигнала.

8.С ростом температуры коэффициент усиления тока возра­ стает, причем для кремниевых транзисторов значительнее, чем

для германиевых. Повышение температуры приводит к смеще­ нию максимумов коэффициентов усиления в сторону меньших

75

значений коллекторного тока. Коэффициенты усиления и вход­ ное сопротивление меньше зависят от температуры при больших токах коллектора.

3—4. Определение динамических параметров транзистора в схеме с общим коллектором (ОК)

По динамическим параметрам, определенным для транзи­ стора в схеме ОЭ, можно находить его динамические парамет­ ры и при других схемах включения — с общим коллектором (ОК) или с общей базой (ОБ). Это делается весьма сложным способом — путем пересчета через внутренние параметры по (3-7—3-10). Такой способ основан на том, что для всех схем включения транзистора при одном и том же значении кол­ лекторного тока внутренние параметры его остаются одинаковыми. Но, исходя из этого же положения, можно существенно упростить расчет динамических параметров тран­ зистора для схем включения ОК и ОБ, если выражать их через основные динамические параметры Кі и Rbx- При этом в качест­ ве связующих величин используются внутренние параметры. Выведем, например, формулу коэффициента усиления тока для схемы ОК:

Если учесть, что правое слагаемое значительно меньше левого

ры транзистора в схеме ОК, необходимо знать, при каком кол­ лекторном токе работает транзистор (практически /ок~1оэ) и нагрузочное сопротивление в цепи эмиттера RB. Зная /ок и Rw по характеристикам динамических параметров определяем ос­ новные параметры Кі и RB*J значения которых и подставляются в полученные для схемы ОК формулы.

.76

Пример расчета 3— 2

Пусть транзистор П13А включен по схеме с общим коллек­ тором. Режим транзистора характеризуется следующими вели­

3 —5. Влияние сопротивления в эмиттерной цепи на динамические параметры каскада ОЭ

С учетом включенного в цепь эмиттера сопротивления Z3 (в эквивалентной схеме оно окажется включенным последова­

ставить r3-\-Z3. Имея в виду, что Z3<^rm—гэ, можем рассчиты­ вать коэффициент усиления тока для каскада ОЭ при наличии сопротивления Z3 как

Из сравнения (3-17) и (3-4) следует, что динамический па­ раметр К і можно найти с учетом Z3 по характеристикам дина­ мических параметров, оперируя с эквивалентным нагрузочным сопротивлением

ZBx = Гб +(г э -rZ3)-(Kі + 1) =

*=[гб+ гэ-{Кі + 1)]+ Z3-(Ki + 1)

77

или

Практически даже при относительно неболь­ ших значениях Z3 оказывается справедливым

5Коэффициенты усиления напряжения и мощнос-

^ти с учетом Z3

Ha практике нередко сопротивление R3 в эмиттерной цепи (рис. 51) зашуитировано сопротивлением 1*/аСэ значительно меньшей величины. Тогда Z3 будет иметь почти чисто емкост­ ный характер и (3-20) запишется в виде

(3-24)

со Съ

Прием расчета 3 — 3

Определить параметры усилительного каскада (рис. 51) на транзисторе П13А, если RH= 20 ком, TJa^^l ком, 03=50 мкф, / о к = 1 ма, а частота усиливаемого сигнала / = 50 гц.

78

Коэффициенты усиления напряжения и мощности

ченном конденсаторе Сэ. По (3-18)

Rn = R K+ R S = 20+1 = 21 ком.

По характеристикам рис. 49 для режима /?н=21 ком и /ок= 1 ма находим К* =32, / ? в х = 1 Д ком.

По (3-20)

= + 1-(32 + 1) = 34,1 ком.

По (3-22) и (3-23)

34,1

Кр = К)-К*- = 32-18,7 = 600.

3—6. Расчет параметров многокаскадного усилителя

• Общий коэффициент усиления тока Кі я-каскадного усили­ теля можно определить как произведение коэффициентов уси­ ления тока отдельных каскадов Kij и коэффициентов передачи тока между -каскадами яг^+і:

я?«, л+1 — 1;

zlj — эквивалентное сопротивление нагрузки у-го каскада.

Коэффициент усиления напряжения я-каскадного усилителя

79

Из (3-27) и (3-28) следует, что, зная коэффициент усиления тока многокаскадного іусилителя и сопротивление входа перво­ го каскада, можно определить коэффициенты усиления напря­ жения и мощности для заданного нагрузочного сопротивления последнего каскада.

Коэффициент усиления мощности можно найти и так:

П

(nij, j+ i» 1), получим максимальный коэффициент усиления мощ­ ности многокаскадного усилителя, равный

к необходимости правильного определения коэффициента пере­ дачи между каскадами по (3-26). Поэтому остановимся на этом вопросе дополнительно.

Многокаскадные усилители с непосредственной связью между каскадами

При соединении однокаскадных усилителей в многокаскад­ ный (рис. 52) эквивалентное сопротивление нагрузки всех кас­ кадов, кроме последнего, определяется не только сопротивле­ нием ZBj, но и сопротивлением входа следующего каскада

ZjiXj+l

80

(/+1)-го каскада. Это и учитывает­ ся коэффициентом передачи между каскадами. Для усилителей

с непосредственной связью между каскадами он находится по (3-26). С учетом (3-33)

Наилучшая передача тока к следующему каскаду будет осу­

Следует отметить, что для многокаскадных усилителей с че­ редованием каскадов ОЭ и ОК (рис. 53) условие (3-35) выпол­ нять труднее, так как входное сопротивление эмиттерного по­ вторителя относительно велико. В результате оказывается, что коэффициент усиления мощности многокаскадного усили­

Многокаскадные усилители с емкостной связью между каскадами

Эквивалентное сопротивление нагрузки каждого из каскадов рис. 54, кроме последнего, равно, если пренебречь сопротивлением переходного конденсатора

где

#Д7 + 1 — Rj + Rj

Коэффициент передачи тока между каскадами определяется по (3-26) или с учетом (3-36)

81

Рис. . 53. Многокаскадный уснРис. 54. Многокаскадный усилитель семлитель с непосредственной костной связью между каскадами, связью между чередующимися

каскадами ОЭ и ОК.

Для первого каскада при расчете его усиления потребуется найти коэффициент передачи тока от источника сигнала к вхо­ ду первого транзистора

Пример расчета ІЗ— 4

Трехкаскадный усилитель рис. 55 собран на транзисторах ГИЗА. Резисторы и конденсаторы имеют следующие номиналы: #і = 15 ком, #2=5,1 ком, #„і = 6,2 ком, #„2=11 ком, #эі = 3 ком, # э2= 6,2 ком, #эз=4,7 ком, С= Сэ2=С эз= 100 мкф, #пз=5 ком. Режим транзисторов определяется токами:

Рис.. 55. Многокаскадный усилитель с не­ посредственной связью между каскадами.

82