Родюков М.С., Коновалов Н.Н. Электроника. Расчёт усилительного каскада с общим эмиттером, страница 2

1.7. Представление транзистора,дующем виде:включённого по схеме с ОЭ, в видечетырехполюсникаΔIБЭ = h11 ΔIБ + h12 ΔIКЭΔIК = h21 ΔIБ + h22 ΔUКЭПриравнивая к нулю ΔIБ (режим холостого хода на входе) и ΔUКЭ(режим короткого замыкания на выходе) мы сможем рассчитать h–параметры:2Вмалосигнальном режиме работы транзистора амплитуды переменных составляющихвходных сигналов не выходят за пределы линейного участка характеристики.101. Теоретическое введениеΔUБЭ h12 =,ΔUКЭΔIБ =0ΔUБЭ h11 =,ΔIБ ΔUКЭ =0ΔIК h22 =,ΔUКЭΔIБ =0ΔIК h21 =ΔIБ ΔUКЭ =0Следует отметить, что если изменение величины равно нулю, тоэта величина не изменяется т.

е. h12 и h22 рассчитываются при постоянном значении тока базы (IБ = const) а h11 и h21 при постоянномзначении напряжения на коллекторе (UКЭ = const).Физический смысл h–параметров следующий:ΔUБЭ –– входное сопротивление, при коротh11 =ΔIБ UКЭ =constком замыкании на выходе;h12h21h22ΔUБЭ =ΔUКЭ IБ =constΔIК =ΔIБ UКЭ =constΔIК =ΔUКЭ IБ =const–– коэффициент обратной связи по напряжению;–– коэффициент передачи тока прикоротком замыкании на выходе;–– выходная проводимость при холостом ходе на входе.Помимо h–параметров, для анализа работы транзисторов применяются коэффициенты передачи тока эмиттера (α = ΔIК /ΔIЭ )и тока базы (β = ΔIК /ΔIБ ).

Значениекоэффициента α для современных транзисторов, подключенных по схеме с обРис. 1.8. Схема замещения щим эмиттером, практически равно единице (α = 0,9 . . . 0,995), поэтому при анализетранзистора на базекоффициента βсхем с ОЭ он не применяется, а используется для схем с общей базой. Намного большее значение при расчёте схем с общим эмиттером имеет коэффициент β, значение которого составляет β = (20 .

. . 200). При грубых расчётах схем с ОЭ, коэффициент β может использоваться как основнойпараметр, характеризующих транзистор, В этом случае используетсясхема замещения, приведённая на рисунке 1.8.1.1. Биполярный транзистор111.1.4. Расчёт h –– параметровВ нашей работе мы получим h–параметры графоаналитическимметодом из входных (h11 , h12 ) и выходных (h21 , h22 ) характеристиктранзистора.При расчёте h–параметров необходимо обратить внимание на то,что каждой точке характеристики соответствуют три величины:• для входной характеристики –– IБ , UБЭ и UКЭ ;• для выходной характеристики –– IК , UКЭ и IБ .Третий параметр, который отсутствует на осях рассматриваемойхарактеристики, является величиной, для соответствующего значениякоторой строилась зависимость. Для входных характеристик, обычно,строятся две зависимости IБ (UБЭ ) для двух значений UКЭ (в основномэто 0 и 5 В), для выходных –– зависимости IК (UКЭ ) для разных значений IБ , различающихся на величину ΔIБ , которая имеется в справочных данных на транзистор.Следует обратить особое внимание на то, что все параметры рассчитываются на линейных (или близким к линейным) участках входных и выходных характеристик транзистора.Расчёт по входным характеристикам транзистораРис.

1.9. К расчёту h–параметров транзистора а –– h11 , б –– h12Расчёт параметра h11 =ΔUБЭ ΔIБ U =constКЭ(рис. 1.9, а) производит-ся следующим образом: на одной из имеющихся входных характеристик (соответствующих выбранному напряжению на коллекторе ––UКЭ = const) выбирается линейный (или максимально близкий к не-121. Теоретическое введениему) участок и на нём две точки (точки 1 и 2 на рис.

1.9, a). Разность напряжений базы, соответствующих этим точкам, даст намΔUБЭ = UБЭ2 − UБЭ1 , а разность соответвующих значений тока –– изменение тока базы ΔIБ = IБ2 − IБ1 .ΔUБЭ (рис. 1.9, б), мы выбираПри расчёте параметра h12 = ΔUКЭ IБ =constем значение тока базы, для которого будем производить расчёт (т. е.обеспечиваем выполнение условия IБ = const), и на двух кривых,построенных для разных значений напряжения коллектора, отмечаем соответствующие этому току точки (точки 3 и 4 на рис.

1.9, a).Разность напряжений UБЭ , соответствующих этим точкам, даёт изменение напряжения между базой и эмиттером: ΔUБЭ = UБЭ4 − UБЭ3 .Величина ΔUКЭ определяется как разность между напряжениями UКЭ ,для которых строились входные характеристики (для характеристик,приведённых на рис 1.9, a ΔUКЭ = 5 − 0 = 5В).Расчёт по выходным характеристикам транзистораРис. 1.10. К расчёту h–параметров транзистора а –– h21 , б –– h22Для расчёта параметр h21 =ΔIК ΔIБ U =constКЭнеобходимо выбрать зна-чение UКЭ и на кривых, соответствующим двум значениям тока базы,различающихся на ΔIБ отметить соответствующие точки (точки 1 и2 на рис. 1.10, а). Разность значений IК , соответствующих этим точкам, даст нам значение ΔIК = IК2 − IК1 . Величина ΔIБ берётся изсправочника.ΔIК При расчёте параметра h22 = ΔUКЭ , выбирается одна из имеIБ =constющихся характеристик IБ и на ней отмечаются две точки (точки 3 и4 на рис.

1.10, б). Разность напряжений коллектора, соответствующих1.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ)13этим точкам, даст нам ΔUКЭ = UКЭ4 −UКЭ3 , а разность соответвующихзначений тока — изменение тока коллектора (ΔIК = IК4 − IК3 ).Типовые значения h–параметров для биполярных транзисторовнаходятся в следующих пределах [2]:h12h21h22h1134−4−3−510 . . . 10 Ом 2 ∙ 10 .

. . 2 ∙ 1020 . . . 200 10 . . . 10−6 См1.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ)1.2.1. УсилителиУсилитель это устройство, преобразующее сигнал малой мощности в сигнал большей мощности за счёт энергии источника питания.Именно увеличение мощности выходного сигнала, по сравнениюс мощностью входного, является характерной особенностью усилителя и отличает его от других преобразующих устройств, в которыхизменяется либо напряжение, либо электрический ток, а мощностьостаётся постоянной (точнее уменьшается, т. к.

КПД любого устройства меньше единицы). Примером такого устройства может служитьповышающий трансформатор, преобразующий входное напряжение вболее высокое выходное, при этом мощность выходного сигнала, засчёт потерь, будет ниже, чем мощность входного.Рис. 1.11. Обобщённая структурная схема многокаскадного усилителяПрименяемые на практике усилители являются достаточно сложными устройствами, которые содержат в себе несколько усилительныхкаскадов, обеспечивающих не только усиление входного сигнала, нои согласование с источником и нагрузкой.Усилительный каскад это минимальный функциональный блок,обеспечивающий усиление сигнала. Обычно в его состав входят одинили несколько усилительных элементов (электронный прибор, обеспечивающий усиление сигнала –– транзистор или электронная лампа),цепи обратной связи, элементы обеспечивающие режим по постоянному току, и т.

д.141. Теоретическое введениеНа рис. 1.11 приведена обобщённая структурная схема многокаскадного усилителя. В общем случае усилитель состоит из входного каскада (с коэффициентом усиления КВХ ), одного или несколькихкаскадов предварительного усиления (КПУ1 . . . КПУn ), и выходного каскада (КВЫХ ).Основной задачей входного и выходного каскадов является согласование усилителя с источником сигнала и нагрузкой, обычно этоделается с целью получения согласованного режима работы цепи 3 .Каскады предварительного усиления обеспечивают необходимый уровень усиления сигнала. Если необходимый уровень выходного сигналанельзя получить с помощью одного каскада, то ставят дополнительные,в количестве, обеспечивающем требуемый коэффициент усиления.Важнейшей величиной, характеризующей усилительный каскад,является коэффициент усиления, равный отношению уровня выходного сигнала к уровню входного.

Различают три коэффициента усиления –– коэффициент усиления по напряжению, току и мощности:КU =UВЫХIВЫХPВЫХIВЫХUВЫХ, КI =, КP === КU КIUВХIВХPВХIВХUВХИсходя из определения усилителя (стр. 13) любой усилитель увеличивает мощность входного сигнала, и значит основным коэффициентом усиления должен быть коэффициент усиления по мощности,однако при проектировании усилителей акцент ставится на усилениеодной из трёх величин, поэтому различают усилители напряжения,тока и мощности. Обычно информация в электронных устройствахпередаётся путём изменения уровня напряжения, поэтому в литературе наиболее распостранён КU , и, в ряде случаев, он принимается заопределение коэффициента усиления вообще.При расчёте коэффициента усиления многокаскадного усилителясоответствующие коэффициенты усиления каскадов перемножаются:КU = КU 1 ∗ КU 2 ∗ .

. . ∗ КUnПомимо коэффициента усиления, в широко используются амплитудно–частотная (АЧХ) и амплитудная характеристики усилителя.3Всогласованном режим работы выходное сопротивление источника сигнала равно входному сопротивлению нагрузки (например выходное сопротивления источника сигнала ивходное сопротивление входного каскада). В этом случае обеспечивается максимальнаямощность, но КПД будет равен 50 %, поэтому согласованный режим, в основном, используется в маломощных радиоэлектронных цепях, работающих со слабыми сигналами.1.2.

Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ)15Амплитудно–частотная характеристика (АЧХ) (рис. 1.12)показывает зависимость коэффициента усиления от частоты.Рис. 1.12. Амплитудно–частотная характеристика усилителяДля анализа АЧХ усилителя наибольший интерес представляетучасток, на котором коэффициент усиления практически не зависитот частоты и обозначается КСР . Этот участок ограничен в областинизких частот нижней граничной частотой fН , а в области высоких — верхней граничной частотой fВ (рис. 1.12). Значения fН иfВ определяются величиной коэффициента частотных искажений,равного отношению коэффициента усиления на средней частоте (fСР ),к коэффициенту усиления на нижней (fН ) или верхней (fВ ) частоте:M=KU СРKU СРили M =.KU НKU ВОбычно допустимые значениякоэффициентов частотных искажений√не превышают величину 2.Частоты меньше fН и выше fВ образуют области частотных искажений и не используются в работе усилителя.Полоса пропускания усилителя Δf , характеризует диапазон частот, на котором коэффициент искажений M не превышает допустимые значения и равен разности между верхней и нижней частотамиусилителя:Δf = fВ − fНВ зависимости от величин fН и fВ усилители делятся на:1.