L_6 (Конспекты лекций), страница 3

Следовательно, нагрузочная характеристика также будет в виде прямой линии, и построить её можно по двум точкам. Для построения нагрузочной характеристики возьмём во внимание два крайних состояния транзистора ─ «закрыт-открыт». Когда транзистор закрыт, то в его цепи течёт лишь токнеосновных носителей (I кэ0 ), а им, при нормальной температуре, можем пренебречь. Следовательно, напряжение на коллекторе закрытого транзистораравно напряжению питания Е к ─ тчк. «С» на оси напряжения. Если транзистор открыт до насыщения, то его сопротивление близко к нулю, и ток черезнего ограничивается лишь сопротивлением R кIк.нас=E − U кэ.нас Eк≈ к,RRкк(6.2)В режиме насыщения напряжение на коллекторе не превышает 0,05 …0,1В, поэтому мы пренебрегли этой величиной и, таким образом, получимвторую точку нагрузочной характеристики ─ тчк.

«А».15Соединяем точки «А» и «С». Полученная прямая «АС» ─ это нагрузочная характеристика.Рк.допмA I кA300,1 мАD Iб= 0С I кбо Uкэ1618 20 B1048U кб = 30 В;U эб = 4 В;I к = 30 мА;h 21 = 12 …100;Р кдоп = 450 мВТ.I бп = 0, 3 мАРТFIПредельные электрическиепараметры КТ312 А0,5 мАE202I кмакс0,7 мА12Задание для расчёта:кпU кб = 18 В ─ напряжение на коллекторе закрытого транзистора;R к = 0,6 кОм.UкэпIб = 0,1 мА2UкэмаксРис.6.12.мA Iб0,6Е*0,50,42Iб.максI бп = 0 3 мАРТ0,2I бп0,1D*U бэ,0 35UбэпU бэ.макс =uбэB0 ,72Uбэ.

макс22UбэмаксРис.6.13.Если использовать всю протяжённость нагрузочной характеристики«АС», то произведение коллекторного напряжения на коллекторный ток ─16эта самая максимальная мощность, которую можно «выжать» из усилителя.Но при проектировании усилителей требование к такому параметру, какмощность ─ не единственное. Есть ещё довольно жёсткие требования к таким характеристикам, как уровень нелинейных искажений, которые искажают форму полезного выходного сигнала, частотные искажения и т.д.

Рассмотрим нагрузочную характеристику подробнее. Участок «АЕ» ─ это участок повышенных нелинейных искажений, а участок «DC» ─ участок неуправляемых токов (I кэ0 ). Использовать эти участки в процессе усиления сигнала не стоит. Поэтому ограничиваем протяжённость рабочего участка нагрузочной характеристики участком «ED».3. Перенесём рабочий участок нагрузочной характеристики на входнуюВАХ транзистора (рис6.13).Зададим РТ на построенной нагрузочной характеристике. Напряжениесмещения составляет доли вольта (0,6…0,9) В.

При этом важно, чтобы изменения базового тока относительно РТ были симметричными. В нашемпримере ток базы меняется от 0,6 мА до 0, следовательно, ток базы покоя I бпбудет равен 0,3 мА. Допустимая амплитуда базового переменного тока, приподключении генератора входного переменного сигнала, будет равна 0,3 мА(рис.5.13).4. Выпишем параметры РТ:U бэп = 0,6 В; I бп = 0,3 мА; U кэп = 11 В; I кп = 13 мА; Р к. = U кэп I кп = 143мВТ < 450 мВт.5. Рассчитаем сопротивление гасящего резистора R б1 . Напряжениесмещения (U бэп ) составляет доли вольта (0,6…0,9) В. Следовательно, большая часть напряжения от источника гасится на резисторе R б1 и сопротивление этого резистора всегда будет достаточно большим.R =б1E − U бэп 18 − 0,6к== 58кОм.0,3I бп(6.3)6.

Убедимся в том, что транзистор поставлен в активный режим.В рабочей точке ток I кп = 13 мА, падение напряжения на резисторе R кбудет равно U кп = I кп R к = 11,7 × 0,6 = 7,02 В, следовательно, напряжение научастке «коллектор-эмиттер» в режиме покоя U кэп = 18 ─ 7,02 = 10,98 В≈11В─ активный режим.17Примечание. Вообще, в активном режиме напряжение на участке «коллектор-эмиттер» примерно равно U кэп ≈Ек2.2 этап проектирования5.3.2. Расчёт основных параметров в режиме усиления.Работаем по схеме рис.6.7. (или по схеме рис.6.10)Определяем параметры усиления по полученным построениям:Коэффициент усиления по напряжению6,3UК = кэмакс == 18;u U0,35бэмаксВнимание. Стоит обратить внимание на форму переменного напряжения U бэ на входе усилителя (Рис.6.13): форма сильно искажена, несмотря нато, что на вход был подан сигнал синусоидальной формы (u вх =U вх.макс sinwt).Это ещё раз подтверждает тот факт, что входное сопротивление транзистораносит нелинейный характер (вспомним входную ВАХ транзистора).Коэффициент усиления по току10,5IК = кмакс == 35;i I бмакс 0,3Коэффициент усиления по мощностиКр= К u К i = 18 × 35 = 630;Полезная мощность, выделенная на нагрузкеР = 0,5U кэмакс I кмакс = 0,5 × 6,3 × 10,5 = 33,075 мВт.нВнимание.

Проверим правильность выполненных построений.Полученные графики должны отражать:• значение базового тока покоя на входной и выходной ВАХ должны соответствовать одному и тому же значению (I бп = 0,3 мА);18• амплитудное значение базового тока на входной ВАХ должно соответствовать заданному значению на выходной ВАХ (I б.макс = 0,3 мА);• факт усиления напряжения и тока;• факт инверсии входного сигнала на выходе (изменение фазы).5.3.3.

Расчёт схемы усилителя по схеме рис.6.8 в активном режиме.Расчёт схемы усилителя на рис.6.8 ведётся аналогично расчётам, проделанным для схемы на рис.5.7. Отметим лишь некоторые особенности этойсхемы. Для этого представим схему усилителя в режиме покоя (рис.6.14).В схеме усилителя используется другой метод подачи напряжения смещения ─ метод фиксированного напряжения (через делитель напряженияиз резисторов R б1 и R б2 ).

Кроме того, схема содержит элемент термостабилизации положения РТ на ВАХ (R э ). Дело в том, что при изменении температуры режим транзистора может измениться (о температурных свойствахтранзистора подробно было сказано в лекции 3) . Следовательно, важно непросто задать РТ на ВАХ, но надо еще и обеспечить ей температурнуюстабильность.Уравнение транзистора в рабочем режиме для схемы на рис.6.14Uкэ= Е к − ( I кп R к + I эп R э).(6.4)Нагрузочная характеристика строится и обрабатывается по тем же правилам, что и для схемы рис.6.12, поэтому для схемы на рис.6.14 строить её небудем: за счёт резистора термостабилизации R э нагрузочная будет иметь несколько другой наклон.Проведём чисто аналитически расчёт только режимных элементов длясхемы на рис.

5.14.Рассчитаем сопротивление резистора R б1 .Токи, протекающие через R б1 ,− это сумма токов делителя и базы покоя(I д и I бп ). Эти токи должны быть взаимно независимыми, поэтому ток делителя берется значительно больше, чем ток базы покоя:В мощных каскадах усиления ток делителя берется больше тока базы покоя в 3÷5 раз, а в маломощных усилителях ─ в 5÷10 раз.19E − U б2R = к;б1 I бп + I д(6.5)Напряжение U б2 на резисторе R б2 (см.

схему замещения входной цепиусилителя на рис.6.16)Uб2= I д R б 2 = U бэп + I эп R э ;(6.6)За счет большого тока делителя напряжение U б2 на резисторе R б2 будетпрактически фиксированным (поэтому такой метод подачи напряжения смещения назван методом фиксированного напряжения).Рассчитаем сопротивление резистора R б2 .U+ I эп R эUR = б2 = бэп;б2IIдд(6.7)Падение напряжения на резисторе R э ─ это напряжение термостабилизации.

Обозначим его через U эп = I эп R э .Iп+ +IдIбпRб1- -Iбп+UбэпIд+-Rб2+RкIкп+--+EkUвых50оС20оСабРТIбпUбэ0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 ВРис.6.15 Входная ВАХ транзистораUкэп= Ек - IкпRк-IэпR при разных температурах+R3U =I R = UIэп эп эп э ООС-мк IбА20015010050К резисторуК резисторуRкRб1Uбэп+ Uб2+ UэпРис.6.16 Схема замещения входной цеРис.

6.14. Схема усилителя в режиме пи усилителя в режима покояпокоя с автосмещением и термрстабилизацией РТ20Таким образом, при изменении температуры изменяется лишь напряжение U эп . Это напряжение автоматически изменяет смещение на базе, возвращая РТ в заданное ранее положение на ВАХ.Примечание. Если в процессе расчётов значение U эп не оговорено и нетвозможности применить какой-то другой метод при его расчёте, например,U эп = Е к − I кп R к − U кэп , то допускается взять U эп ≈ (0,2 …0,3)Е к .Uкэп≈ 0,5 Е к . ─ в активном режиме.Сущность процесса термостабилизации РТ на ВАХВернёмся к рис.6.15.