Большого сигнала

Будем считать, что - медленно изменяющийся сигнал постоянного тока. Тогда действующее значение выходного напряжения (), выходного тока () и выходной мощности ():

(5.17)

Мощность, потребляемая транзистором от источника сигнала:

. (5.18)

Весьма часто измеряется единицами-десятками вольт. Поэтому приближено можно считать:

(5.19)

Рис.5.7. Амплитудная характеристика каскада с ОК

Максимальное значение , при котором транзистор работает в активном режиме, равно напряжению питания (Е). Поэтому амплитудная характеристика каскада почти линейна до уровня Е. Нелинейность вблизи начала координат обусловлена нелинейностью входной вольтамперной характеристикой (ВАХ) транзистора. Для данного диапазона U_вх справедливо следующее уравнение Кирхгофа:

, (5.20)

где – характеристические параметры ВАХ транзистора;

- температурный потенциал.

Эксперименты показывают, что для кремниевых высокочастотных маломощных транзисторов U_x≈0,5 при I_x=1мкА.

Поэтому более-менее точную амплитудную характеристику каскада можно рассчитать по формуле:

, (5.21)

где U_x=const, I_x=const – параметры транзистора.

Зона «нечувствительности» вблизи начала координат, в пределах которой можно считать, что , (т.е. каскад не реагирует на входной сигнал), лежит в диапазоне 400-500 мВ.

При отрицательных значениях транзистор каскада с ОК заперт. Однако его переходы могут в этом режиме "пробиться" (рис.5.8).

Рис.5.8. Характеристики транзистора в широком диапазоне изменения U_вх

Поэтому максимальная отрицательная амплитуда не должна превышать значений:

(5.22)

где U_{обр.max.э ,} U_{обр.max.к} - напряжения пробоя эмиттерного и коллекторного р-n-переходов VT1.

В ином случае может наступить пробой эмиттерного (при и_вх=) или коллекторного (при и_вх=) p-n переходов. Заметим, что эти пробои, в принципе, обратимы (туннельный, лавинный).

Определим мощность, выделяемую на коллекторном переходе транзистора в виде тепла:

(5.23)

Функция (рис.5.9) при U_н=0.5Е имеет экстремум, при котором производная

. (5.24)

Рис.5.9. Зависимость мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора, от напряжения на нагрузке

Из графика (рис. 5.9) следует, что максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора в виде тепла, в четыре раза меньше максимальной мощности, выделяемой в нагрузке ():

, (5.25)

где

6 Уточненный анализ каскада с общей базой

Для учета влияния внутренней обратной связи в транзисторе и его выходной проводимости на основные динамические параметры каскада воспользуемся системой h - параметров транзистора в схеме с общей базой.

Упрощенная эквивалентная схема каскада с ОБ на переменном токе представлена на рисунке 6.1.

Рис.6.1. Эквивалентная схема каскада с общей базой

В этой схеме – эквивалентное сопротивление источника сигнала; - эквивалентное сопротивление нагрузки.

Теория четырехполюсников дает следующие точные формулы для расчета основных параметров такого каскада:

;

;

Данные соотношения можно преобразовать для различных значений и .

• Коэффициент усиления по напряжению

Определитель || с учетом численных значений h-параметров типовых транзисторов приблизительно равен:

.

Для большинства маломощных транзисторов справедливо следующее приближенное соотношение:

.

Таким образом,

. (6.1)

При соблюдении условий , из (6.1) получаем формулу (4.2):

(6.2)

Рис.6.2. Зависимость К_у от режима по постоянному току (h_12б = 0)

С другой стороны, при :

(6.3)

Выражение (6.2) справедливо при < 10 кOм, а выражение (6.3) - при высокоомных, в частности, динамических нагрузках, имеющих >1мОм.

Таким образом, зависимость коэффициента усиления по напряжению от сопротивления нагрузки при малых носит линейный характер. Однако, при больших коэффициент усиления практически не зависит от величины и определяется глубиной внутренней обратной связи в транзисторе – коэффициентом h_12б (6.3).

Рис.6.3. Зависимость коэффициента усиления по напряжению от