Расчёт усилительного каскада с О.Э. Родюков (1084444), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Транзисторкак четырёхполюсник.Транзистор является весьма сложнымприбором и не может быть полностью описан одной–двумя величинами (как, например, резистор или конденсатор), характеризующие его зависимости (например приведённые на рис. 2.5) имеют сложный иРис. 2.6.
Схема замещения нелинейный характер, поэтому для трантранзисторазистора применяют различные схемы замещения – математические модели, характеризующие некоторые его свойства с заданной точностью и вопределённых пределах.Для транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, ра-2.1. Биполярный транзистор9ботающим в малосигнальном1 (линейном) режиме, наибольшее распространение получила схема замещения, приведённая на (рис. 2.6).На данной схеме транзистор характеризуется h−параметрами линейного четырёхполюсника — электрической схемы, имеющей два входных и два выходных контакта.Фактически четырёхполюсник является математической моделью,связывающий входные и выходные токи и напряжения электрическойсхемы. Данная связь осуществляется на основе системы из двух линейных (т.к.
мы рассматриваем малосигнальный режим, то мы можемсчитать транзистор линейным прибором) уравнений, в которых двевеличины являются независимыми, а две другие — зависимые. Этивеличины связываются коэффициентами, которые называются параметрам четырёхполюсника. Для расчёта усилителей применяются z(имеют размерность сопротивления), y (размерность проводимости) иh (смешанная размерность) параметры.При расчёте усилителей с общим эмиттером наибольшее распострание получили h—параметры, связывающие токи и напряжения спомощью следующей системы линейных уравнений:u1 = h11 i1 + h12 u2i2 = h21 i1 + h22 u2В соответствии с рисунком 2.7и учитывая, что для усилителявходными и выходными сигналами являются приращения соответствующих токов и напряжений, запишем эту систему уравнений вРис. 2.7.
Представление транзистора,следующем виде:включённого по схеме с ОЭ, в видечетырехполюсникаΔuБЭ = h11 ΔiБ + h12 ΔuКЭΔiК = h21 ΔiБ + h22 ΔuКЭПриравнивая к нулю ΔiБ (режим холостого хода на входе) и ΔuКЭ(режим короткого замыкания на выходе) мы сможем рассчитать h−параметры:1Вмалосигнальном режиме работы транзистора амплитуды переменных составляющихвходных сигналов не выходят за пределы линейного участка характеристики.102. 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 коэффиΔIКциенты передачи тока эмиттера α = ΔIЭΔIКи тока базыβ = ΔIБ .
Значение коэффициента α для современных транзисторов, подключенных по схеме с обРис. 2.8. Схемазамещения транзистора на щим эмиттером, практически равно единице(α = 0, 9 . . . 0, 995), поэтому при анализе схембазе коффициента βс ОЭ он практически не применяется, а, восновном, используется для схем с общей базой. Намного большеезначение при расчёте схем с общим эмиттером имеет коэффициент β,значение которого составляет β = (20 . . . 200). Следует обратить внимание, на то, что коэффициент β численно равен параметру h21 .
Пригрубых расчётах схем с ОЭ, коэффициент β может использоваться2.1. Биполярный транзистор11как основной параметр, характеризующих транзистор, В этом случаеиспользуется схема замещения, приведённая на рисунке 2.8.2.1.4. Расчёт h − параметровВ нашей работе мы получим h-параметры графоаналитическимметодом из входных (h11 , h12 ) и выходных (h21 , h22 ) характеристиктранзистора.Следует обратить особое внимание на то, что все параметрырассчитываются на линейных (или близким к линейным) участкахвходных и выходных характеристик транзистора.Расчёт по входным характеристикам транзистораРис.
2.9. К расчёту h−параметров транзистора а) h11 , б) h12Расчёт параметра h11 =ΔUБЭ ΔIБ UКЭ =const(рис. 2.9а) производится сле-дующим образом: на одной из имеющихся входных характеристик(соответствующих выбранному напряжению на коллекторе – UКЭ =const) выбирается линейный (или максимально близкий к нему) участок и на нём две точки (точки 1 и 2 на рис. 2.9a). Разность напряжений базы, соответствующих этим точкам, даст нам ΔUБЭ =UБЭ2 − UБЭ1 , а разность соответвующих значений тока — изменениетока базы ΔIБ = IБ2 − IБ1 .ΔUБЭ При расчёте параметра h12 = ΔUКЭ (рис. 2.9б), мы выбираIБ =constем значение тока базы, для которого будем производить расчёт (т.е.обеспечиваем выполнение условия IБ = const), и на двух кривых,122. Теоретическое введениепостроенных для разных значений напряжения коллектора, отмечаем соответствующие этому току точки (точки 3 и 4 на рис.
2.9a).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 2.9a ΔUКЭ = 5 − 0 = 5В).Расчёт по выходным характеристикам транзистораРис. 2.10. К расчёту h–параметров транзистора а) h21 , б) h22Для расчёта параметр h21 =ΔIК ΔIБ UКЭ =constнеобходимо выбрать зна-чение UКЭ и на кривых, соответствующим двум значениям тока базы,различающихся на ΔIБ отметить соответствующие точки (точки 1 и2 на рис.
2.10а). Разность значений IК , соответствующих этим точкам, даст нам значение ΔIК = IК2 − IК1 . Величина ΔIБ берётся изсправочника.ΔIК , выбирается одна изПри расчёте параметра h22 = ΔUКЭ IБ =constимеющихся характеристик IБ и на ней отмечаются две точки (точки 3 и 4 на рис. 2.10б). Разность напряжений коллектора, соответствующих этим точкам, даст нам ΔUКЭ = UКЭ4 − UКЭ3 , а разность соответвующих значений тока — изменение тока коллектора(ΔIК = IК4 − IК3 ).Типовые значения h-параметров для биполярных транзисторовнаходятся в следующих пределах [2]:h11h12h21h2234−4−3−510 − 10 Ом 2 ∙ 10 − 2 ∙ 1020 − 200 10 − 10−6 См2.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ)132.2.
Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ)2.2.1. УсилителиУсилитель это устройство, преобразующее сигнал малой мощности в сигнал большей мощности за счёт энергии источника питания.Следует отметить, что именно увеличение мощности выходногосигнала, по сравнению с мощностью входного, является характерной особенностью усилителя и отличает его от других преобразующих устройств, в которых изменяется либо напряжение, или электрический ток, а мощность остаётся постоянной (точнее уменьшается, т.к.
КПД любого устройства меньше единицы). Примером такогоустройства может служить повышающий трансформатор, преобразующий входное напряжение в более высокое выходное, при этом мощность выходного сигнала, за счёт потерь, будет ниже, чем мощностьвходного.Рис. 2.11. Обобщённая структурная схема многокаскадного усилителяПрименяемые на практике усилители являются достаточно сложными устройствами, которые содержат в себе ряд усилительных каскадов, обеспечивающих не только усиление входного сигнала, но исогласование с источником и потребителем сигнала.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.На рис. 2.11 приведена обобщённая структурная схема многокаскадного усилителя. В общем случае усилитель состоит из входногокаскада (с коэффициентом усиления КВХ ), одного или нескольких каскадов предварительного усиления (КПУ1 .
. . КПУn ), и выходного каскада (КВЫХ ). Основной задачей входного и выходного каскадов являетсясогласование усилителя с источником сигнала и нагрузкой, обычноэто делается с целью обеспечения согласованного режима рабо-142. Теоретическое введениеты цепи2 . Каскады предварительного усиления предназначены дляповышения уровня сигнала до необходимого. Если необходимый уровень выходного сигнала нельзя получить с помощью одного каскада,то ставят дополнительные каскады, в количестве, необходимом дляполучения нужного уровня выходного сигнала.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 =UВЫХIВЫХPВЫХIВЫХ UВЫХ, КI =, КP === КU К IUВХIВХPВХIВХ UВХИсходя из определения усилителя (стр.
13) любой усилительувеличивает 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. Наиболее часто требуется усиление напряжения,поэтому в литературе наиболее распостранён К U , и, в ряде случаев,он принимается за определение коэффициента усиления вообще.При расчёте коэффициента усиления многокаскадного усилителякоэффициенты усиления всех каскадов перемножаются:К U = К U 1 ∗ КU 2 ∗ .
. . ∗ К U nПомимо коэффициента усиления, в широко используются амплитудно–частотная (АЧХ) и амплитудная характеристики усилителя.Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) (рис. 2.12) показывает зависимость коэффициента усиления усилителя от частоты.Для 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.
2.12). Значения fН иfВ определяются величиной коэффициента частотных искажений,2Всогласованном режим работы выходное сопротивление источника сигнала равно входному сопротивлению нагрузки (например выходное сопротивления источника сигнала ивходное сопротивление входного каскада). В этом случае обеспечивается максимальнаямощность.2.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ)15Рис. 2.12.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
