Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методичка - Электронные твердотельные приборы.doc
Скачиваний:
915
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
16.51 Mб
Скачать

4.6. Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Расчёты основных параметров

Усилительный каскад должен содержать транзистор, источник электри­ческой энергии и вспомогательные элементы. Во входную цепь включа­ется источник сигнала, а в выходную – нагрузка. В дальнейшем будем описывать источник сигнала в виде генератора с напряжением er и внут­ренним сопротивлением Rr, а нагрузку – резистором Rн .

На рис. 4.16 приведена схема усилительного каскада с ОЭ.

Полярность источника питанияEK обеспечивает работу транзистора в активном режиме. Резисторы RБ и RК задают требуемые постоянные со­ставляющие токов в цепях транзистора и постоянные напряжения на его электродах – рабочую точку транзистора. От выбора рабочей точки зави­сит усиление каскада, КПД, искажения сигнала. Для того, чтобы источник сигнала и нагрузка не влияли на режим работы транзистора по постоян­ному току, включены разделительные конденсаторы C1 и C2, имеющие в рабочем диапазоне частот малые сопротивления.

В рассматриваемой схеме постоянные составляющие токов и напряже­ний определяются следующими выражениями:

Iб(0 ) = ;(4.11)

IK(0) = ;

UКЭ(0) = Ек Iк(0)Rк , (4.12)

Будем считать, что источник сигнала по отношению к транзистору яв­ляется генератором тока iГ iГmsin, где iГm = EГm / RГ. Тогда полный вход­ной ток транзистора можно определить:

IБ = IБ(0) + iГmsin. (4.13)

Сопротивление нагрузки – RH >> RK.

Для описания работы транзистора воспользуемся семейством выход­ных характеристик (рис. 4.17) iK = f(iБ,uкэ).

Рис. 4.17

Учитывая, что характеристика резистора RK подчиняется закону Ома, получим iK = , где ()– падение напряжения на резисторе RK. Это уравнение называется уравнением нагрузочной линии. Её график имеет вид прямой линии, проходящей через точку EK на оси абсцисс и че­рез точку EK/RK на оси ординат.

Поскольку через транзистор и RK протекает один и тот же ток iK, то его величина и напряжение UКЭ могут быть найдены путем решения системы уравнений:

iK = f(iБ,uкэ)

iK = . (4.14)

Эта система уравнений может быть решена графически, путём нахож­дения точек пересечения нагрузочной линии с графиками выходных харак­теристик транзистора.

Для определения параметров режима по постоянному току примем er = 0. Тогда значения постоянной составляющей тока коллектора Ik(0) и на­пря­же­ния UКЭ(0) определяются пересечением нагрузочной линии и стати­стической характеристики транзистора, снятой при iБ = IБ(0) – точка А (рис. 4.17).

При подаче на вход каскада напряжения er ток базы будет изменяться относительно IБ(0) по синусоидальному закону с амплитудой IБm = и рабочая точка будет перемещаться по нагрузочной линии между точкамиB и С. Соответственно будет изменяться ток коллектора с амплитудой IKm около значения IК(0) и напряжение на коллекторе с амплитудой UKm около значения UКЭ(0). При этом ток коллектора iK будет находиться в фазе с то­ком базы iБ, а выходное напряжение UКЭ в противофазе (увеличению тока базы соответствует увеличение тока коллектора и уменьшение напряже­ния на коллекторе (рис. 4.17).

Для определения входного напряжения UБЭ необходимо воспользо­ваться входной характеристикой транзистора IБ = f(UБЭ) при UКЭ = UK(0), при­веденной на рис. 4.18.

Постоянному токуIБ(0) соответствует постоянное напряжение UБ(0). При изменении тока базы с амплитудой IБm входное напряжение изменя­ется с амплитудой UБm. Обратим внимание на то, что выходное напряже­ние в данном каскаде (ОЭ) противофазно входному.

Определив с помощью графических построений амплитуды входных и выходных сигналов,

UВХ.m = UБm, IВХ.m = IБm, UВЫХ.m = UKm, IВЫХ.m = IKm,

можно рассчитать основные параметры усилительного каскада:

KU = – коэффициент усиления по напряжению;

KI = – коэффициент усиления по току;

KP =- коэффициент усиления по мощности;

RВХ = – входное сопротивление;

RВЫХ = – выходное сопротивление,

где– выходное напряжение при RН; – выходной ток приRН = 0; – коэффициент полезного действия, где P0 = IK(0)EK – потреб­ляемая от источника питания мощность.

Параметры усилительного каскада можно рассчитать и с помощью схемы замещения транзистора [7].

Для примера проведем расчёт усилительного каскада (рис. 4.16).

Составим малосигнальную эквивалентную схему, соответствующую схеме рис. 4.16.

Для этого заменим транзистор малосигнальной схемой замещения.

Для простоты примем, что сопротивления разделительных конденсато­ров в рабочем диапазоне частот близки к нулю, а сопротивления RБ и RК велики (RБ >> h11Э, RK >> RH). Тогда схема упрощается и приобретает вид рис. 4.19.

Для токов и напряжений транзистора запишем

UБm = h11ЭIБm + h12ЭUKm,

IKm = h21ЭIБm + h22ЭUKm. (4.15)

Добавим два уравнения, описывающие источник сигнала и нагрузку:

EГm = UБm + IБmRГ,

UKm = – RHIKm. (4.16)

Из системы уравнений (4.15) и (4.16) можно получить все расчётные формулы:

KU =

KI = ; (4.17)

RВХ = ;

RВЫХ = ,

где – определитель матрицыh-параметров.

Отметим, что для схемы ОЭ hRH << h11Э, h << h22ЭRГ и h11Э << RГ.

Достоинство полученных с помощью схемы замещения соотношений (4.17) в том, что они применимы для любой схемы включения транзи­стора (ОБ, ОЭ,ОК).

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.