книги из ГПНТБ / Кушманов И.В. Электронные приборы учеб. пособие

Иногда в Т-образную схему вместо генератора эдс включают генератор тока, который для выходного тока должен иметь беско­ нечно большое сопротивление. В схеме с общей базой этот генера-

(?)г„-ь

Рис. 2.65. Т-образные эквивалентные схемы транзистора:

а) обобщенная; 6) с общей базой; в) с общим эмиттером; г) с общим кол­

лектором

тор присоединяют параллельно сопротивлению гк (рис. 2.66а), ток его равен /эа. Условие эквивалентности указанных генераторов со-

Рис. 2.66. Т-образные эквивалентные схемы с генератором тока: а) с общей базой; б) с общим эмиттером

стоит в том, что падение напряжения, создаваемое током генера­ тора рис. 2.66 на сопротивлении гк, равно эдс генератора схемы (рис. 2.656) /эаг„ = /эгу.

Приведем Т-образную эквивалентную схему транзистора для случая включения с общим эмиттером. Параметры этой схемы ос­ таются теми же, что и в схеме с общей базой, но сопротивления эмиттерного перехода и базы меняются местами. Ко входу прикла­ дывается напряжение Uоэ, а ток во входной цепи равен Іо (рис.

2.65в).

Выведем формулы, связывающие параметры данной Т-образной схемы с /--параметрами. Воспользуемся с этой целью уравнениями

190

Рассматриваемую Т-образную схему целесообразно преобразо­ вать так, чтобы эдс эквивалентного генератора была выражена че­ рез ток /б в ее входной цепи (а не через /э). 'Преобразуем величину эдс генератора:

Таким образом, в преобразованной схеме эдс генератора равна ІбГу, а знак ее меняется на противоположный; сопротивление гк в выходной цепи заменяется сопротивлением гн(1—а).

Генератор эдс также можно заменить генератором тока (рис. 2.666). Для этого параллельно сопротивлению rK(il—а) включают генератор тока с бесконечно большим сопротивлением для тока Ік. Ток генератора равен /бр. Падение напряжения, создаваемое этим током на сопротивлении гк(:1—а),

т. е. равно эдс генератора предыдущей схемы.

Наконец, построим Т-образную схему транзистора для случая включения с общим коллектором (рис. 2.65г) и найдем формулы, связывающие ее параметры с /'-параметрами четырехполюсника:

Квазистатический режим работы транзистора

Параметры квазистатического режима. Рассмотрим особенности работы транзистора, включенного по схеме с общей базой, в качестве усилителя низкой частоты. Схема усилителя приведена на рис. 2.67. В выходную цепь транзистора включен на­ грузочный резистор Rn и источник питания с эдс а во вход­ ную — эквивалентный генератор сигнала с действующим значени­ ем эдс ЕГ и внутренним сопротивлением Rr и источник постоянного напряжения Еэ. Все токи и напряжения в схеме во время работы меняются. Такой режим работы называется квазистатическим. Ве­ личины, связывающие между собой весьма малые изменения токов и напряжений, называются параметрами этого режима. При малых напряжениях входного сигнала параметры могут определяться че-

19t

рез отношения амплитудных значений токов и напряжений. Вели­ чины параметров сильно зависят от схемы включения транзистора. Практически используются следующие параметры квазистатиче-

Рис. 2.67. Схема усилите­ ля ич и ее характеристи­ ки

определяемое при условии, что во входной цепи транзистора зако­ рочен источник переменной эдс, т. е. Ег~ 0.

192

Формулы для определения указанных параметров можно полу­ чить путем 'Совместного .решения уравнений четырехполюсника и уравнений Кирхгофа для переменных напряжений и токов:

Из ф-лы (2.77) для Кі (сравните с формулой для крутизны 5Н электронной лампы) следует, что 'коэффициент усиления потоку пропорционален статическому коэффициенту передачи тока а и за­

ления по напряжению пропорционален статическому коэффициенту усиления по напряжению р и зависит от сопротивления нагрузки Ra, возрастая с увеличением последнего от нуля до р. Кроме того, величина Ки зависит от коэффициента обратной связи по напря­ жению ѵ = ’/гі2.‘ с увеличением ѵ К и возрастает.

Наибольшее усиление мощности сигнала имеет место при одно­ временном равенстве входного сопротивления транзистора внут­ реннему сопротивлению источника сигнала и выходного сопротив­ ления транзистора сопротивлению нагрузки. Сопротивления Rr и Ra, при которых усиление по мощности максимально, называются оптимальными: Rr 0П и RB0П-

— коэффициент усиления ПО току Кі = Ікт/ІЭ7п, где Іэт = І ”3 — -- 1 uO== IзО—/ э .

Для определения остальных параметров требуется построить входную нагрузочную характеристику на графике со статическими характеристиками /-э= /(£ 'эо) при Uk 5 = const (рис. 2.686). Для это­ го переносят на указанный график точки пересечения-выходной нагрузочной характеристики со статическими P{=f(UKo). Соединяя точки, имеющие ординаты /э и UKß, получают входную нагрузочную

характеристику. Определив на ней положение начальной рабочей точки О (7эо, йш ) и рабочий участок AB (UKeJm, І:)т находят ам­

плитудное значение U0о,п и рассчитывают:

—МОЩНОСТЬ ВО ВХОДНОЙ цепи Рі = Рвх = ІзтУэбтІЗ',

—входное сопротивление Двх= Дост/Дт;

—коэффициент усиления по напряжению Ки = Дкбт/Дст; '

—коэффициент усиления по мощности Кр = Р-п1Ртя= КиКи Обычно в справочниках приводятся лишь входные характерис­

теристики в широком диапазоне величин £/,;G от 3—5 В до £/КбмаксВходная нагрузочная характеристика п этом случае совпадает со статической характеристикой для О\;оо, входное сопротивление в квазиетатичеокоім режиме будет Яі>х = гц=Л11) а выходное соп-ротив-

ЛѲ Н'Ие / ? п ы х = - / 2 2 = l / / * 2 2 -

В том случае, когда входная нагрузочная характеристика по­ лучается нелинейной, появляются нелинейные искажения, даже ес­ ли режим по выходной нагрузочной характеристике был выбрал правильно. Это объясняется наличием обратной связи в транзи­ сторах, которая отсутствует в вакуумных триодах, работающих без токов в цепи управляющей сетки. Для уменьшения нелинейных искажений, следует понизить амплитуду входного сигнала или ис­ пользовать источник сигнала с большим внутренним сопротив­ лением.

Сравнение свойств транзисторов при различных схемах вклю­ чения. Для сравнения свойств транзистора при включении его в схемах ОБ, ОЭ и ОК. были рассчитаны параметры маломощного германиевого транзистора в рабочем режиме в этих трех схемах при различных сопротивлениях нагрузки Яи и источника сигнала Яг. Параметры Т-образной эквивалентной схемы транзистора: ra— 25 О-м; re = 100 Ом; гк=1 МОм; гу = 0,975 МОм ‘).

Коэффициент усиления по току Кі считается положительным, если токи на входе щ на выходе транзистора в любой момент со­ гласно теории четырехполюсника либо входят из внешней цепи в транзистор, либо выходят из него во внешнюю цепь. Если же один из них входит в транзистор, а другой в это же время выходит из него, то Кі считается отрицательным.

*) Г. С. Ц ы к и н. Усилительные устройства. М.г «Связь», 1971.

—емкости эмиттерного Сэ и коллекторного Сі{ переходов;

—объемное сопротивление базы г'б, определяемое ее геомет­

рическими размерами.

При рассмотрении работы транзистора р-п-р в схеме ОБ ока­ зывается, что диффузионный характер распространения неравно­ весных дырок в базовой области приводит к дисперсии времени их прибытия к' коллекторному переходу. С ростом частоты из-за этого уменьшается амплитуда сигнала на выходе транзистора, а следо­ вательно, и коэффициент передачи тока а. Допустим, что в момент поступления на вход транзистора положительного полупериода сигнала через эмиттерный переход инжектируется большое число дырок. Часть из них быстро достигает коллекторного перехода; другая же часть, двигаясь по более длинному пути, задерживает­ ся. При высокой частоте сигнала, когда среднее время перемеще­ ния дырок в базовой области сравнимо с его периодом, положи­ тельный полупериод быстро сменяется отрицательным. В течение действия отрицательного полупериода число инжектированных ды­ рок уменьшится, и часть их дойдет до коллекторного перехода од­ новременно с запоздавшими дырками от положительного полупе­ риода. В результате этого сигнал на выходе транзистора получится усредненным, а усилительный эффект и коэффициент d уменьшатся.

Чем больше толщина базовой области и, следовательно, чем больше среднее время пролета базы дырками, тем сильнее про­ является запаздывание носителей и тем меньше коэффициент пе­ редачи тока. Для триодов типа р-п-р время диффузионного пере­ мещения т =W%/Dp. Это время соответствует примерно периоду

колебания напряжения переменной частоты /= 1/т, которое транзи­ стор еще усиливает.

Как и в электронной лампе, при больших углах пролета Ѳ>120° работа транзистора нарушается полностью, он перестает усили­ вать мощность. Его коллекторный ток уменьшается, и между ним и эмиттерным током возникает сдвиг фаз ср, тем больший, чем больше толщина базовой области и чем меньше коэффициент диф­ фузии неосновных носителей. С повышением частоты сигнала угол <р возрастает.

Влияние дисперсии сказывается и на форме сигнала. Если на вход транзистора подать прямоугольные короткие импульсы, то на его выходе фронт и спад каждого импульса растянутся и импуль­ сы примут вид трапеции. Аналогично форма сигнала искажается и в случае входного сигнала синусоидальной формы.

Анализ протекающих в транзисторе процессов показывает, что коэффициенты а = —/?2іб и ß='Л2іэ, постоянные и действительные в области низких частот, при повышении частоты приобретают ком­ плексный характер, уменьшаясь с частотой по довольно сложному закону. Однако с допустимой для технических расчетов погреш-

197

ностыо комплексные значения коэффициента передачи тока и и х модули можно аппроксимировать выражениями:

общей базой, называется частота, на которой модуль коэффициен­

та передачи тока эмиттера уменьшается в У 2 раз (т. е. на 3 дБ) по сравнению с его значением на низких частотах:

по схеме с общим эмиттером, называется частота, на которой мо­

І М = т г - Предельные частоты являются важными параметрами транзи­

стора. Зависимости модулей |ß |, |а | и фазового сдвига от частоты изображены на рис. 2.69. В ряде случаев для практических расче­ тов используют частоту /т, на которой статический коэффициент передачи, тока базы при включении транзистора в схеме с общим эмиттерам равен единице ‘(ірис. 2.69).

Значения fT, f a или f ß указываются в справочных данных тран­

Так как участок AB кривой, изображенной на рнс. 2.69, удовле­ творительно совпадает с гиперболой, то

198

Рис. 2.69. Зависимость предельных параметров транзистора от частоты

в транзисторе, зависящий от технологии его изготовления; обычно

фазового сдвига с частотой. На низких частотах ф=0 и /„ мало

199