АНАЛ.ЭЛЕКТРОНИКА / theory

2. Второе по значимости значение на верхних частотах имеет емкость СК. Ее влияние аналогично СН.

3. Как правило 3-е по величине влияние - частотная зависимость .

( ) = (2.35)

40

2.6. Усилитель на транзисторе в схеме включения с общим эмиттером. Расчет по постоянному току. Линии нагрузки и временные диаграммы сигналов.

Рис.2. 14. Усилитель на биполярном транзисторе в схеме включения с общим эмиттером

Координаты рабочей точки покоя: IОК= ∙IОЭ IОЭ, UОКЭ, UОБЭ 0,7В

(Si), IОК= ∙IОБ.

Рис. 2. 15. Статический режим усилителя ОЭ

Система уравнений статики усилителя при условии IДЕЛ>>IОБ

42

В активном режиме ток покоя транзистора

На рис. 2.16 показаны линии нагрузки и диаграммы сигналов. Точка покоя расположена на статической линии нагрузки, уравнение которой

IОК 0

t IОБ

Рис. 2. 16. Линии нагрузки и временные диаграммы сигналов

ДЛН пересекает ось напряжений в точке с координатой

43

При подключении ко входу усилителя источника сигнала EГ изменяется ток базы, пропорционально изменяются ток коллектора и напряжение на коллекторе. Увеличение тока коллектора вызывает уменьшение напряжения UК, поэтому знак приращения напряжения UВЫХ противоположен знаку приращения UВХ - усилитель ОЭ является инвертирующим. Фазовый сдвиг между синусоидальными сигналами UВХ и UВЫХ равен 180°.

2.7. Расчет температурной нестабильности точки покоя усилителя ОЭ

Нестабильность рабочего тока транзистора IОК обусловлена изменением величин β, IОБ, I*КО. Изменение тока базы IОБ зависит от изменения напряжения UБЭ, имеющего температурный дрейф примерно 2мВ/град. Вследствие того, что эффициент β значительно сильнее зависит от температуры, чем α, a I*КО =(1+β)∙IКО, нестабильность рабочего тока IОК транзистора в схеме ОЭ значительно (примерно в β раз) больше, чем в схеме ОБ.

Для стабилизации рабочей точки применяют схеме с отрицательной обратной связью по постоянному току или напряжению. Принцип стабилизации за счет действия отрицательной обратной связи заключается в том, что информация об изменении IОК или UОК поступает в виде сигнала обратной связи на вход транзистора и вызывает изменение IОК или UОК обратного знака.

Наиболее распространена эмиттерная стабилизация − последовательная отрицательная обратная связь по току через эмиттерное сопротивление Rэ. Потенциал базы фиксируется с помощью делителя R1–R2. Если ток коллектора IОК например, увеличится, то увеличится и ток эмиттера:

IЭ ≈ΔIК, потенциал эмиттера станет более положительным на величину ∆IЭ∙RЭ. Так как потенциал базы фиксирован, то в соответствии с (2.39) напряжение UБЭ уменьшается на величину ∆IЭ∙RЭ, что приводит к уменьшению тока база и тока коллектора. Эффективность стабилизации тем выше, чем меньше результирующее изменение тока коллектора.

Чтобы исключать влияние отрицательной обратной связи по переменному току при усилении сигнала резистор RЭ шунтируют конденсатором СЭ, который называют блокировочным - блокирует действие обратной связи. В области средних частот при достаточно больших значениях СЭ полное сопротивление ZЭ цепи RЭСЭ мало, эмиттер можно считать заземленным, сигнал обратной связи ∆IЭ∙ZЭ=0.

Разделительные конденсаторы С1 и С2 исключают протекание постоянных токов через цепи источника сигнала и нагрузки.

Для оценки эффективности схем стабилизации используют коэффициент нестабильности SН, который показывает, во сколько раз изменение тока коллектора ∆IК в схеме ОЭ больше, чем изменение тока коллектора ∆IК1 в схеме с идеальной стабилизацией (SН ИД = 1):

44

Чем меньше коэффициент нестабильности SН, тем меньше изменяется ток покоя IОК под действием изменения температуры, напряжения питания и других факторов.

Для оценки влияния элементов схемы стабилизации преобразуем базовый делитель в эквивалентный источник EСМ с внутренним сопротивлением RБ :

При постоянном напряжении UОБ=ЕСМ (RБ= 0) весь сигнал обратной связи ∆IЭ∙RЭ прикладывается к управляющему переходу:

что соответствует наилучшей стабильности. Уменьшение напряжения UБЭ вызывает уменьшение тока базы:

и токов коллектора и эмиттера.

45

В случае RБ ≠ 0 падение напряжения на RБ при протекании изменяющегося тока IБ приводит к изменению потенциала базы UБ

Приращение ∆IБ∙RБ имеет противоположный знак по отношению к знаку стабилизирующего сигнала ∆IЭ∙RЭ и уменьшает стабильность точки

ме ОБ при RБ=0.

Для схемы ОЭ значение RБ=0 недопустимо. Уменьшение RБ приводит к росту тока делителя IДЕЛ, увеличению мощности в цепи смещения и к уменьшению входного сопротивления усилителя.

Увеличение Rэ приводит к росту напряжения IОЭ∙RЭ и уменьшению коэффициента использования напряжения питания ЕК.

При значениях сопротивлений RБ и RЭ, полученных решением статики (2.39), коэффициент нестабильности SН рассчитывают по формуле

Значение SН= 1 соответствует идеальной стабилизации (схема ОБ), а максимальная нестабильность SН = β соответствует нестабилизированной

46

(RЭ=0) схеме ОЭ.

Результирующее изменение тока коллектора определяют в соответствии с (2.43)

Изменение тока коллектора в схеме с идеальной стабилизацией:

Здесь учитывается изменение тока IК за счет всех составляющих в соответствии с формулой (2.40): изменение обратного тока коллектора IКО, тока базы через изменение ∆UБЭ и коэффициента усиления β.

При заданном изменении температуры ∆Т = Т ТО изменение ∆IКО определяют по формуле:

где IКО(ТО)- обратный ток коллектора при комнатной температуре ТО, IКО(Т)- обратный ток коллектора при заданной температуре Т,

ТУДВ 10 град - температура удвоения обратного тока для кремниевых p-n переходов.

Изменение напряжения ∆UБЭ рассчитывают через температурный коэффициент U 2 мВ/град

Изменение ∆β определяют по справочным данным транзистора. При отсутствии этих данных относительное изменение β можно приближенно считать равным +1%/град, тогда

Исходя из заданного температурного диапазона по формулам (2.54÷2.57) рассчитывают изменение тока коллектора ∆IК1, определяют коэффициент нестабильности SН из соотношений (2.51) и (2.52) и результирующее изменение тока коллектора ∆IК (2.53). На практике приемлемыми считаются значения SН =5÷10, ∆IК=(0,1-0,15)IОК. В случае получения больших значений SН и ∆Iк следует увеличить RЭ и (или) уменьшить RБ и снова повторить расчет.

47

2.8. Анализ линейной малосигнальной схемы замещения усилителя ОЭ. Параметры усилителя.

Эквивалентная схема усилителя на транзисторе ОЭ в области средних частот имеет вид:

Рис. 2. 18. Эквивалентная схема усилителя в области средних частот

1. Входное сопротивление усилителя представляет собой параллельное включение эквивалентного сопротивления базового делителя RБ=R1//R2 и входного сопротивления транзистора в схеме с ОЭ

При работе от источника сигнала с внутренним сопротивлением RГ коэффициент распределения напряжения по входу

При низких значениях сопротивления RБ уменьшаются значения RВХ

иUВХ.

2.Выходное сопротивление

нагрузку, особенно в резонансных усилителях и усилителях с активной на-

48

Коэффициенты усиления по напряжению КUХХ и КU схем ОБ и ОЭ равны.

5. Коэффициент усиления по отношению к напряжению источника сигнала ЕГ

Выражение (2.68) обосновывает основное преимущество усилителя ОЭ перед схемой ОБ: влияние внутреннего сопротивления источника сигнала ослаблено в (1+ ) раз.

6. В соответствии с рис. 2.18

Коэффициент усиления по току в режиме к.з.

49