
- •Техническая Электроника
- •Оглавление
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1 пассивные компоненты электронных устройств
- •1.1. Резисторы
- •Числовые коэффициенты первых трех рядов
- •Допустимые отклонения сопротивлений
- •Основные параметры резисторов
- •1.1.1. Система условных обозначений и маркировка резисторов
- •Специальные резисторы
- •1.2. Конденсаторы
- •1.2.1. Система условных обозначений конденсаторов
- •1.2.2. Параметры постоянных конденсаторов
- •1.2.3. Конденсаторы переменной ёмкости
- •1.3. Катушки индуктивности
- •Параметры катушек индуктивности
- •Глава 2 полупроводниковые диоды
- •2.1. Физические основы полупроводниковых приборов
- •2.2. Примесные полупроводники
- •2.3. Электронно-дырочный переход
- •2.4. Физические процессы в p–n переходе
- •2.5. Контактная разность потенциалов
- •2.6. Прямое включение p–n перехода
- •2.7. Обратное включение p–n перехода
- •2.8. Вольт–амперная характеристика p–n перехода
- •2.9. Пробой p–n перехода
- •2.10. Емкостные свойства p–n перехода
- •2.11. Полупроводниковые диоды
- •Система обозначения полупроводниковых диодов
- •2.12. Выпрямительные диоды
- •Параметры выпрямительных диодов
- •2.13. Стабилитроны
- •Параметры стабилитрона
- •2.14. Варикапы
- •Параметры варикапов
- •2.15. Импульсные диоды
- •Параметры импульсных диодов
- •2.15.1. Диоды с накоплением заряда и диоды Шотки
- •2.16. Туннельные диоды
- •Параметры туннельных диодов
- •2.17. Обращенные диоды
- •Глава 3 биполярные транзисторы
- •3.1. Режимы работы биполярного транзистора
- •3.2. Принцип действия транзистора
- •3.3. Токи в транзисторе
- •3.4. Статические характеристики
- •3.4.1. Статические характеристики в схеме с об входные характеристики
- •Выходные характеристики
- •Характеристики прямой передачи
- •Характеристики обратной связи
- •3.5. Статические характеристики транзистора в схеме с оэ
- •3.6. Малосигнальные параметры Дифференциальные параметры транзистора
- •Система z–параметров.
- •Система y–параметров
- •Система h–параметров
- •Определение h–параметров по статическим характеристикам
- •3.7. Малосигнальная модель транзистора
- •3.8. Моделирование транзистора
- •3.9. Частотные свойства транзисторов
- •3.10. Параметры биполярных транзисторов
- •Глава 4 полевые транзисторы
- •4.1. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом
- •Статические характеристики
- •4.2. Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •4.2.2. Статические характеристики мдп-транзистора с
- •4.3. Полевые транзисторы со встроенным каналом
- •4.4. Cтатические характеристики транзистора со
- •4.5. Cпособы включения полевых транзисторов
- •4.6. Полевой транзистор как линейный четырехполюсник
- •4.7. Эквивалентная схема и частотные свойства
- •4.8. Основные параметры полевых транзисторов
- •Глава 5 полупроводниковые переключающие приборы
- •5.1. Диодный тиристор
- •5.2. Триодный тиристор
- •5.3. Симметричные тиристоры (симисторы)
- •5.4. Параметры тиристоров
- •Глава 6 электронно-лучевые приборы
- •6.1. Электростатическая система фокусировки луча
- •6.2. Электростатическая отклоняющая система
- •6.3. Трубки с магнитным управлением электронным лучом
- •6.4. Экраны электронно-лучевых трубок
- •6.5. Система обозначения электронно-лучевых трубок
- •6.6. Осциллографические трубки
- •6.7. Индикаторные трубки
- •6.8. Кинескопы
- •6.9. Цветные кинескопы
- •Глава 7 элементы и устройства оптоэлектроники
- •7.1. Источники оптического излучения
- •7.2. Характеристики светодиодов
- •7.3. Основные параметры светодиодов
- •7.4. Полупроводниковые приемники излучения
- •7.5. Фоторезисторы
- •7.6. Характеристики фоторезистора
- •7.7. Параметры фоторезистора
- •7.8. Фотодиоды
- •7.9. Характеристики и параметры фотодиода
- •7.10. Фотоэлементы
- •7.11. Фототранзисторы
- •7.12. Основные характеристики и параметры фототранзисторов
- •7.13. Фототиристоры
- •7.14. Оптопары
- •7.15. Входные и выходные параметры оптопар
- •7.16. Жидкокристаллические индикаторы
- •Параметры жки
- •Глава 8 элементы интегральных микросхем
- •8.1. Пассивные элементы интегральных микросхем
- •8.1.1. Резисторы
- •8.1.2. Конденсаторы
- •8.1.3. Пленочные конденсаторы
- •8.2. Биполярные транзисторы
- •8.3. Диоды полупроводниковых имс
- •8.4. Биполярные транзисторы с инжекционным питанием
- •8.5. Полупроводниковые приборы c зарядовой связью
- •Применение пзс
- •Параметры элементов пзс
- •Глава 9 основы цифровой техники
- •9.1. Электронные ключевые схемы
- •9.2. Ключи на биполярном транзисторе
- •9.3. Ключ с барьером Шотки
- •9.4. Ключи на мдп транзисторах
- •9.5. Ключ на комплементарных транзисторах
- •9.6. Алгебра логики и основные её законы
- •9.7. Логические элементы и их классификация
- •Классификация ис по функциональному назначению
- •Классификация ис по функциональному назначению
- •9.8. Базовые логические элементы цифровых
- •9.9. Диодно–транзисторная логика
- •9.10. Транзисторно–транзисторная логика (ттл)
- •9.11. Микросхемы ттл серий с открытым коллектором
- •9.12. Правила схемного включения элементов
- •9.13. Эмиттерно–связанная логика
- •9.14. Интегральная инжекционная логика (и2л)
- •9.15. Логические элементы на мдп-транзисторах
- •9.16. Параметры цифровых ис
- •9.17. Триггеры
- •Параметры триггеров
- •9.18. Мультивибраторы
- •9.18.1. Мультивибраторы на логических интегральных элементах
- •9.18.2. Автоколебательный мультивибратор с
- •9.18.3. Автоколебательные мультивибраторы с
- •9.18.4. Ждущие мультивибраторы
- •Глава 10 аналоговые устройства
- •10.1. Классификация аналоговых электронных устройств
- •10.2. Основные технические показатели и характеристики аналоговых устройств
- •10.3. Методы обеспечения режима работы транзистора в каскадах усиления
- •10.3.1. Схема с фиксированным током базы
- •10.3.2. Схема с фиксированным напряжением база–эмиттер
- •10.3.3. Схемы с температурной стабилизацией
- •10.4. Стабильность рабочей точки
- •10.5. Способы задания режима покоя в усилительных
- •10.6. Обратные связи в усилителях
- •10.6.1. Последовательная обратная связь по напряжению
- •10.6.2. Последовательная обратная связь по току
- •10.7. Режимы работы усилительных каскадов
- •10.8. Работа активных элементов с нагрузкой
- •10.9. Усилительный каскад с общим эмиттером
- •10.10. Усилительный каскад по схеме с общей базой
- •10.11. Усилительный каскад с общим коллектором
- •10.12. Усилительные каскады на полевых транзисторах
- •10.12.1. Усилительный каскад с ои
- •10.12.2. Усилительный каскад с общим стоком
- •10.13. Усилители постоянного тока
- •Глава 11 Дифференциальные и операционные усилители
- •11.1. Дифференциальные усилители
- •11.2. Операционные усилители
- •11.3. Параметры операционных усилителей
- •11.4. Амплитудно и фазочастотные характеристики оу
- •11.5. Устройство операционных усилителей
- •11.6. Оу общего применения
- •11.7. Инвертирующий усилитель
- •11.8. Неинвертирующий усилитель
- •11.9. Суммирующие схемы
- •11.9.1. Инвертирующий сумматор
- •11.9.2. Неинвертирующий сумматор
- •11.9.3. Интегрирующий усилитель
- •11.9.4. Дифференцирующий усилитель
- •11.9.5. Логарифмические схемы
- •11.9.6. Антилогарифмирующий усилитель
- •Глава 12 компараторы напряжения
- •Глава 13 Цифро-аналоговые преобразователи
- •13.1. Параметры цап
- •13.2. Устройство цап
- •Глава 14 Аналого-цифровые преобразователи
- •14.1. Параметры ацп
- •14.2. Классификация ацп
- •14.3. Ацп последовательного приближения
- •ЛитературА
10.9. Усилительный каскад с общим эмиттером
Усилительные каскады на биполярных транзисторах с резисторными нагрузками в цепи коллектора нашли широкое применение в предварительных каскадах усиления. Они обеспечивают усиление по напряжению, току, мощно-
с
ти.
Принципиальная схема усилительного
резисторного каскада с ОЭ представлена
на рис. 10.22. Входной сигнал поступает
на базу транзистора от генератора
напряжения с внутренним сопротивлением
Rг.
Разделительный конденсатор
служит для предотвращения протекания
постоянной составляющей тока базы через
источник входного сигнала. При отсутствии
в цепи источника входного сигнала
создавался бы постоянный ток от источника
питания Uип,
который мог бы вызвать падение напряжения
на внутреннем сопротивлении Rг
источника сигнала, изменяющее режим
работы транзистора и приводящее к
нагреву источника сигнала. Конденсатор
на выходе усилительного каскада
обеспечивает выделение переменной
составляющей коллекторного напряжения,
которая поступает на нагрузочное
устройство с сопротивлением Rн.
Элементы R1,
R2,
Rэ,
Cэ
обеспечивают режим каскада по постоянному
току и температурную стабилизацию.
Параметры усилителя (коэффициенты усиления по току KI, напряжению KU и мощности K; входное Rвх и выходное Rвых сопротивления) находятся с использованием аналитического метода, при котором на основе малосигнальной эквивалентной схемы транзистора строится эквивалентное представление каскада по переменному току и проводится его расчет по переменному току (рис. 10.23).
Р
асчет
параметров каскада производится для
области средних частот усиления, где
зависимость параметров от частоты
минимальна и не учитывается в расчетах.
Сопротивления конденсаторов
,
,
Cэ
очень малы и ими можно пренебречь.
Резистор Rэ
зашунтирован конденсатором Cэ
и на эквивалентной схеме не учитывается.
По переменному току сопротивление
источника питания близко к нулю, поэтому
верхний вывод резисторов R1,
Rк
на схеме замещения соединяется с выводом
эмиттера.
Цепь базы транзистора представлена на эквивалентной схеме объемным сопротивлением активной области базы rб, составляющим единицы–сотни Ом. Эмиттерный переход представлен дифференциальным сопротивлением rэ, лежащим в пределах единиц–десятков Ом. Закрытый коллекторный переход представлен дифференциальным сопротивлением rк, составляющим сотни кОм.
Входное сопротивление каскада представляет собой сопротивление параллельного соединения резисторов R1, R2 и сопротивления входной цепи транзистора rвх
. (10.39)
Сопротивление
входной цепи транзистора определяется
как
.
Учитывая, что через сопротивление rб
протекает ток Iб,
а через сопротивление rэ –
ток
получим
.
Тогда входное сопротивление усилительного каскада определяется выражением
(10.40)
Значение Rвх для каскада с ОЭ составляет сотни Ом или единицы кОм.
Если резистор Rэ в схеме (рис. 10.22) не зашунтирован по переменному току конденсатором Сэ, то последовательно с rэ в эквивалентной схеме усилителя необходимо включать сопротивление Rэ. Входное сопротивление в этом случае определяется выражением
. (10.41)
Сравнение выражений (10.40) и (10.41) показывает, что введение отрицательной обратной связи по переменному току значительно увеличивает входное сопротивление усилительного каскада, а включение низкоомного делителя R1, R2, улучшающего температурную стабильность усилителя, значительно снижает его входное сопротивление.
Выходное
сопротивление
усилительного каскада определяется со
стороны выходных зажимов при отключенной
нагрузке и нулевом входном сигнале
.
Из эквивалентной схемы (рис. 10.23)
видно, что выходное сопротивление
каскада определяется параллельным
включением сопротивления Rк
и выходным сопротивлением самого
транзистора, близким по величине к rк.
Обычно
,
и считается, что выходное сопротивление
определяется величиной резистора
(
)
и составляет единицы кОм.
Коэффициент
усиления по напряжению каскада
определяется как отношение выходного
напряжения Uвых
на нагрузке к ЭДС источника сигнала Eг.
Значение Uвых
определяется выражением
,
где знак минус указывает на то, что
выходное напряжение находится в
противофазе со входным напряжением.
Ток базы определяется выражением
,
тогда
. (10.42)
Анализ выражения (10.42) показывает, что коэффициент усиления каскада по напряжению тем больше, чем больше выходное сопротивление каскада по сравнению с Rвх и чем больше статический коэффициент h21э.
В
идеальном усилителе напряжения (
),
который работает в режиме холостого
хода (
),
коэффициент усиления будет максимальным
и равным:
. (10.43)
Коэффициент
усиления по току определяется отношением
тока в нагрузке Iн
ко входному току Iвх
.
Ток в базе и ток в нагрузке определяются
следующими выражениями
;
. (10.44)
Подставив полученные соотношения в выражение для коэффициента усиления по току, получим
. (10.45)
В
идеальном усилителе тока (
),
который работает в режиме короткого
замыкания (
),
имеем
.
П
ри
работе каскада в схеме с ОЭ в диапазоне
низких частот необходимо учитывать
емкости разделительных конденсаторов
,
и
Cэ.
Поскольку сопротивления конденсаторов
на низких частотах возрастают, то
эквивалентная схема каскада имеет вид
(рис. 10.24).
Сначала
рассмотрим влияние разделительного
конденсатора
на изменение коэффициента усиления по
напряжению
, (10.46)
где
–
сопротивление емкости, нч = 2fнч.
Отношение коэффициента усиления на
низких частотах к коэффициенту усиления
на средних частотах равно
, (10.47)
где
–
постоянная времени входной цепи
усилительного каскада. Коэффициент
частотных искажений определяется
выражением
. (10.48)
Для уменьшения частотных искажений при прочих равных условиях необходимо увеличивать .
Коэффициент
частотных искажений, вносимый
разделительным конденсатором
определяется следующим выражением:
, (10.49)
где
.
Рассмотрим
влияние емкости Сэ
на частотные искажения. Предположим,
что
,
и в первый момент времени после поступления
входного сигнала влияние Сэ
несущественно. По мере заряда Сэ
уменьшается эмиттерный ток, а следовательно
и ток базы. Когда емкость Сэ
зарядится полностью, то через нее не
будет протекать ток. Сопротивление в
эмиттерной цепи будет равно Rэ+rэ
вместо начального значения rэ.
Это приведет к уменьшению тока базы и
к изменению коэффициента усиления по
напряжению. В этом состоит принципиальная
особенность влияния емкости Сэ
на частотные искажения. Постоянная
времени равна произведению Сэ
на параллельное сопротивление Rэ
и выходного сопротивления каскада со
стороны эмиттера транзистора, т.е.
выходного сопротивления каскада с ОК,
величина которого не превышает десятков
Ом
.
Коэффициент частотных искажений, вносимый Сэ максимальный и определяется выражением
. (10.50)
К
оэффициент
частотных искажений в диапазоне низких
частот, вносимый емкостями усилительного
каскада, равен
[дБ].
Для уменьшения Мнч в усилительном каскаде в схеме с ОЭ требуется увеличивать , и Cэ в большей степени.
При работе каскада с ОЭ в диапазоне высоких частот на частотные искажения сильное влияние оказывает емкость коллекторного перехода Ск и емкость нагрузки, эквивалентная схема каскада в диапазоне высоких частот представлена на рис. 10.25.
Постоянная
времени каскада с ОЭ в области высоких
частот определяется выражением
,
тогда коэффициент частотных искажений
в области высоких частот
.