Определим для примера h-парам. тр-ра, включенного по схеме с ОЭ. При этом способе включения

I_вх = I_б , U_вх = U_бэ , I_вых = I_к , U_вых = U_кэ .

Вх. и вых. хар-ки для схемы с ОЭ приведены на рис. 1. Для опред. парам. должна быть определена (задана) рабочая точка (точка покоя). Точку покоя в тр-рах обычно задают постоянным вых. напряж. U_кэ0 и постоян. вх. током I_б0. На семействе харак-тик отмечают эту точку (точка О на вх. харак-ке и точка О' на вых. характеристике).

РИСУНОК ОТДЕЛЬНО

рис.1. Определение h-параметров тр-ра.

Пар-ры h₁₁ и h₁₂ определяются по вх., a h₂₁ и h₂₂ по вых. характеристикам. Параметр

и представляет абсолютное значение приращения ΔU_бэ при изменении вх. тока ΔI_б при постоянном вых. напряж. U_кэ0. Другими словами, это вх. сопрот. тр-ра при постоян. вых. U. Параметр h₁₁ измеряется в омах и в схеме с ОЭ составляет сотни Ом и единицы кОм.

На семействе вх. харак-тик вблизи точки О строим характеристический треугольник abc так, чтобы точка О лежала примерно на середине гипотенузы. Проектируя точки а, b, с на оси координат, определяем ΔI_б и ΔU'_бэ. Тогда h₁₁=ΔU'_бэ / ΔI_б.

Значение h₁₁ в рабочей точке можно определить точнее, если провести ч/з нее касательную к кривой и определить как котангенс угла наклона касательной с осью абсцисс (угол α на рисунке). Параметр

представляет абсолютное значение приращения ΔU_бэ при изменении вых. напряж. ΔU_кэ при постоянном вх. токе I_б0. Другими словами, h₁₂ –коэфф. обратной связи по напряж. и показывает, какая часть вых. напряж. попадает на вход; h₁₂ – безразмерная величина и в схеме с ОЭ составляет 10^-3 – 10^-4. Для определения h₁₂ параллельно оси абсцисс ч/з точку покоя проводим прямую до пересечения с соседней характеристикой. Приращение коллекторного напряж. может быть определено как разность и U_кэ0 при I_б=I_б0 - const, а приращение напряж. на базе соответствует разности абсцисс точек пересечения. Тогда

Параметр

представляет абсолютное влияние изменения вых. тока ΔI_к при изменении вх. тока ΔI_б при постоянном U_кэ=U_кэ0. Другими словами, h₂₁ – коэфф. усиления по току при постоянном вых. напряж., т.е. показывает, во сколько раз изменение I_к больше изменения I_б; h₂₁ – безразмерная величина и в схеме с ОЭ составляет десятки и сотни. Для определения h₂₁ через рабочую точку О' проводят прямую, параллельную оси ординат до пересечения с соседними харак-ками. Точки пересечения с соседними харак-ками АВ проектируют на ось ординат и определяют ΔI'_к, приращение тока базы ΔI_б определяется как разность значений тока базы в точках АВ. Тогда h₂₁=ΔI'_к / ΔI_б.

Параметр

показывает абсолютное влияние изменения вых. тока ΔI_к при изменении вых. напряжения при постоянном вх. токе. Другими словами, h₂₂ – вых. проводимость тр-ра при постоянном входном токе.

В большинстве случаев в расчетах применяется вых. сопротивление R_вых=1/h₂₂. В схемах с ОЭ R_вых составляет единицы и десятки кОм.

Для определения h₂₂ вблизи точки О' изменяют U_кэ в обе стороны от точки покоя на величину ΔU_кэ и определяют соответствующее изменение ΔI''_к при постоянном токе базы I_б=I_б0; тогда h₂₂=ΔI''_к/ΔU_кэ, 1/h₂₂=ΔU_кэ/ΔI'_к.

Следует обратить внимание, что ΔI'_к и ΔI''_к в общем случае не равны между собой: ΔI'_к вызвано изменением ΔI_б при постоянном U_кэ, а ΔI''_к вызвано изменением ΔU_кэ при постоянном токе базы I_б.

19. Работа биполярного транзистора на высоких частотах.

Св-ва тр-ра на ВЧ удобно анализировать по схеме замещения. На работу бип. тр-ра вредное влияние оказывает емкостное R колл. перехода C_к. На НЧ емкостное R этого перехода 1/WC_к велико. Велико и сопрот. r_к, поэтому весь ток эквивалентного генер-ра I_э=aI_э идет ч/з нагрузку, роль которой выполняет резистор R_Н.

С увеличением (↑) частоты сопрот. 1/WC_к начинает уменьшаться и при некоторой частоте часть I, создаваемого генерр-ом, начинает отделяться в емкость С_к и ток через R_Н начинает падать. Это явл. равносильно уменьшению коэфф-та усиления тр-ра, т.к. полезная вых. мощность уменьшается (↓) с уменьшением I нагрузки. Сл-но, с ↑ частоты ↓ коэффициенты усиления a и B.

С ↑ частоты сопротивление 1/WC_э также ↓, но влияние C_э не проявляется так сильно, как влияние C_к. Это объясняется тем, что емкость C_э зашунтирована R_э (R эмиттерного перехода), имеющим очень малую величину. Сопрот. 1/WC_э начинает оказывать влияние на очень высоких. частотах, где оно становится соизмеримым с R_э. На этих частотах тр-р обычно не работает, т.к. емкость C_к почти полностью шунтирует генератор тока I_Г. Следовательно, влиянием C_э можно пренебречь.

2^ой причиной, вызывающей ум-↓ коэфф-та усиления, явл. инерционность процесса перемещения носителей ч/з базу от Э перехода к К, в результате чего появляется запаздывание по фазе между изменением величин I_э и I_к. Это запаздывание. опред-ся временем переноса неосновных носителей ч/з базу и зависит от ее толщины.

Частота, на кот. модуль коэфф-та передачи, a ум-↓ в корень из 2^х раз по сравнению с его значением на НЧ, наз. граничной частотой f_Гр. Величина f_Гр для схемы с ОБ определяется из соотношения f_Гр=m/tD, где tD=W·(W/2Dp) – среднее время диффузии носителей.

Коэфф. передачи I_э a зависит от частоты следующим образом: a(iW)=1/(1+iW/Wa), где Wa=2n·f_Гр – угловая граничная частота, i – мнимая единица.

Комплексное число, стоящее в знаменателе указ-ет, что измен. коэфф. передачи опред-ся физич. процессами, эквивалентными изменению комплексного (емкостного) R. Модуль коэфф-та передачи зависит от угловой частоты W=2nt W следующим образом:

Угол запаздывания по фазе между I_э и I_к можно определить как γ(a)= - W/Wa.

Чтобы охарактеризовать частотные св-ва тр-ра широко используются частотные хар-тики; представляющие собой зависимость модуля коэфф. передачи a от частоты (АЧХ) и фазы γ(α) (ФЧХ) (см. рис.).

С ув-↑ частоты W, ув-↑ сдвиг по фазе γ, обусловленный влиянием инерционных процессов при прохождении неоснавных носителей ч/з Б; и, в конечном счете, уменьшается коэффициент a. В схеме с ОЭ величина коэфф. передачи I_б в более сильной степени зависит от частоты, что приводит к уменьшению граничной частоты в схеме с ОЭ.

Уменьшение коэфф. a происходит в результате того, что с повышением частоты I_к отстает от I_э. Граничные частоты для схемы с ОБ и ОЭ связаны формулой:

W_б=W·(1-a₀)=Wa/1+B₀,

где B – модуль коэффициента передачи тока базы при W=0. Граничная частота в схеме с ОЭ в 1+B₀ раз меньше чем в схеме с ОБ.

33. Основные показатели усилителей. Линейные и нелинейные искажения. Эквивалентная схема усилителя.

Принцип действия усилителя (У) основывается на преобразовании энергии источника питания в энергию сигнала. Основную функцию преобразователя энергии в У выполняет активный усилительный элемент, способный с небольшой входной энергией управлять значительно большей энергией источника питания.

Минимальную часть У, сохраняющую основную функцию – способность усиливать сигналы, называют каскадом усиления (КУ). КУ состоит из усилительного элемента и цепей, обеспечивающих заданный режим элемента и согласование с источником сигнала и нагрузкой.

Источник сигнала – это источник энергии, от которого полезные сигналы поступают на вход усилителя. Это микрофон, звукоснимающая головка, отрезок линии связи, предыдущий каскад.

Нагрузка – это устройство, которое является потребителем усилительных электрич. сигналов, т.е. выходная мощность усилителя выделяется на нагрузке. Это может быть следующий каскад, отрезок линии, громкоговоритель, измерительный прибор.

Источник питания – это источник энергии, за счет которого имеет место усиление элекрич. сигналов. От источника питания У отбирает мощность, которую превращает в мощность усиленных сигналов.

Усилительный элемент – транзистор или лампа. При помощи них имеет место преобразования энергии источника питания в энергию усиленных сигналов.

К основным показателям У относятся коэффициенты усиления напряжения, тока и мощности.

К входным показателям относятся: I_вх, U_вх, P_вх, R_вх.

R_вх = U_вх / I_вх , P_вх = U_вхI_вх .

К выходным показателям относятся: I_вых, U_вых, P_вых, R_вых.

I_вых = I_Н , U_вых = U_Н , P_вых = I_выхU_вых .

Коэффициенты усиления – это важнейший показатель У.

К_u = U_вых / U_вх , К_i = I_вых / I_вх ,

К_p = P_вых / P_вх .

Как правило, коэфф. усиления измеряются в безразмерных величинах, или в децибелах.

К_i (дБ) = 20lgК_i , К_u (дБ) = 20lgК_u ,

К_p (дБ) = 10lgК_p .

Коэфф. полезного действия η показывает, какая часть потребляемой мощности от источника питания затрачивается на полезный выходной сигнал η = P_вых / P₀ , где P_вых – полезная мощность выходного сигнала, P₀ потребляемая мощность от источника питания.

Хотя У должны усиливать колебания без искажений, в действительности формы входного и выходного колебаний не совпадают. Уровень искажений формы сигналов оценивается коэфф. искажений. Искажения разделяют на линейные и нелинейные. Линейные искажения обусловлены непостоянством АЧХ и ФЧХ. Линейные искажения оцениваются только по АЧХ.

Нелинейные искажения обусловлены нелинейностью ВАХ. При подаче гармонического колебания на вход У на его выходе будет не только усиленный входной сигнал, но и его высшие гармоники. Эти нелинейные искажения оцениваются коэфф. гармоник