Лекции Эл Приб / Лекции ЭлектронныеПриборы7
.docxЛекция 7. Применение БТ для усиления электрических сигналов. Малосигнальные эквивалентные схемы.
Содержание:
-
Усилительный каскад при включении ОБ
-
Транзистор как линейный четырехполюсник. h-параметры в схеме ОБ
-
Малосигнальная физическая эквивалентная схема при включении ОБ. Связь h-параметров с параметрами малосигнальной эквивалентной физической схемы.
-
Малосигнальная физическая эквивалентная схема при включении ОЭ

Усилительный
каскад при включении ОБ.
Усилительный каскад должен содержать
активный элемент, источник энергии и
вспомогательные элементы. Выберем в
качестве активного элемента биполярный
n-p-n
транзистор, включенный по схеме ОБ (рис.
7-1). Резисторы RЭ
и RК
вместе с источниками напряжения ЕЭ
и ЕК
задают рабочую точку транзистора в
активном режиме – постоянные токи IЭ
и IК.
От выбора рабочей точки зависит усиление
каскада и нелинейные искажения.
Источник сигнала представляет собой переменное напряжение, поданное на вход. Для того, чтобы источник сигнала и нагрузка на выходе каскада не влияли на положение рабочей точки, используются разделительные конденсаторы С1 и С2. При подаче переменного напряжения на вход ток базы складывается из постоянной IЭ и переменной iЭ составляющих. Напряжение между базой и эмиттером также имеет постоянную UЭБ и переменную uЭБ составляющие. Рис. 7-2 иллюстрирует тот факт, что если амплитуда переменной составляющей мала настолько, что участок входной ВАХ можно считать прямолинейным отрезком, то зависимость iЭ от uЭБ практически линейна.
Транзистор
как линейный четырехполюсник. h-параметры
в схеме ОБ.
На практике часто приходится сталкиваться
с задачей усиления малых сигналов. Когда
переменное напряжение uБЭ
много меньше теплового потенциала Т
(Т
25 мВ при комнатной температуре), то
участок входной ВАХ можно представить
отрезком прямой. Тогда на постоянные
токи и напряжения накладываются малые
переменные токи и напряжения, которые
связаны линейными зависимостями. Для
переменных составляющих транзистор
удобно представить в виде линейного
четырехполюсника (рис. 7-3). Входной
переменный ток i1,
входное переменное напряжение u1,
выходной переменный ток i2
и выходное переменное напряжение u2
связаны между собой двумя линейными
уравнениями. Любые две из этих величин
могут быть выражены через две другие.
Чаще всего для биполярных транзисторов
используется система h-параметров,
в которой в качестве независимых
переменных принимаются входной ток i1
и выходное напряжение u2,
а выходной ток i2
и входное напряжение
u1
выражаются через них с помощью параметров
h11,
h12,
h21
и
h22:
u1 = h11i1 + h12u2,
i2 = h21i1 + h22u2, (7-1)
где
- входное сопротивление транзистора
при коротком замыкании на выходе для
малой переменной составляющей тока;
-
коэффициент обратной передачи по
напряжению при разомкнутом входе для
переменной составляющей тока;
-
коэффициент прямой передачи тока при
коротком замыкании на выходе для
переменной составляющей;
-
выходная проводимость транзистора при
разомкнутом входе для переменной
составляющей тока.
На высоких частотах появляются фазовые сдвиги и h-параметры становятся комплексными.
Низкочастотные значения h-параметров транзистора можно найти с помощью семейств входных и выходных характеристик. Параметры h22 и h21 определяют по выходным характеристикам:

.
Параметры h11 и h12 можно определить по семействам входных ВАХ.

.
В
практических расчетах производные
заменяют конечными приращениями, выбирая
их достаточно малыми. Например,
.
Эквивалентная схема на основе системы h-параметров изображена на рис. 7-4.
В
зависимости от схемы включения у
h-параметров
ставят дополнительный индекс. Например,
h11э
– с общим эмиттером, h11б
– с общей базой, h11к
– с общим коллектором.
Малосигнальная физическая эквивалентная схема при включении ОБ. Связь h-параметров с параметрами малосигнальной эквивалентной физической схемы.
Малосигнальная физическая эквивалентная схема предназначена для анализа усиления малых сигналов, причем элементы этой схемы соответствуют физическим процессам, происходящим в транзисторе. В зависимости от требуемой точности моделирования используют малосигнальные схемы различной сложности.
Рассмотрим
Т-образную малосигнальную эквивалентную
схему для включения ОБ (рис. 7-5).
Положительное направление тока эмиттера
выбрано произвольно, т.к. переменный
ток в данный момент времени может иметь
любое направление. Схема справедлива
для сравнительно низких частот и получена
путем линеаризации модели Эберса-Молла.
Б
- внутренняя точка базы.
Дифференциальное сопротивление эмиттера вычисляется как для любого прямосмещенного р-n перехода:
, (7-2)
-
дифференциальное сопротивление
коллектора, обусловленное эффектом
Эрли и определяющее наклон выходной
ВАХ,
rБ - сопротивление базы (не дифференциальное).
Коэффициент
прямой передачи
является дифференциальным:
,
но на практике мало отличается от
интегрального
.
Емкость коллектора CК в активном режиме является барьерной емкостью коллекторного p-n перехода.
Параметры rЭ, rК, , CК зависят от выбора рабочей точки. Типичные значения rЭ 25 Ом при токе эмиттера 1 мА, rК = (сотни кОм единицы МОм), = (0,95 0,995), CК = (единицы десятки) пФ для маломощных высокочастотных транзисторов.
h-параметры выражаются через параметры эквивалентной схемы:
,
,
,
,
где rБ – полное сопротивление базы, включающее сопротивление обратной связи, обусловленной модуляцией ширины базы (эффект Эрли). В инженерных расчетах часто пренебрегают коэффициентом обратной связи, вызванным влиянием эффекта Эрли, на напряжение uЭБ из-за его малости и полагают rБ = rБ.

Малосигнальная
физическая эквивалентная схема при
включении ОЭ.
На практике часто используется
усилительный каскад с общим эмиттером
(рис. 7-6). Источники питания ЕБ
и ЕК
и резисторы RБ
и RК
определяют положение рабочей точки
(т.к. ЕБ
и ЕК
имеют одинаковую полярность, можно
использовать один источник питания).
При включении ОЭ ток базы управляет
током коллектора, поэтому целесообразно
использовать несколько иную эквивалентную
схему (рис. 7-7).
Параметры
эквивалентной схемы ОЭ связаны с
параметрами при включении ОБ: r*К = (1
- )
rК;
;
.
