Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи (1996) (1092093), страница 89
Текст из файла (страница 89)
При работе транзистора в качестве усилителя напряжения важно, чтобы прн ращение напряжения на нагрузке Ли„„„, включенной в выходную цепь, было больв'е приращения напряжения на входе управляющей цепи Ли,„. 480 ф 15.32. Связь между приращениями входных и выходных величин биполярного транзистора. Напряжение на входных и! и напряжение на входных и~ зажимах являются функциями входного с! н выходного с~ токов, т. е.
и! = У!(1!, !~); (15.42) (15.42а-) и~= Нс!, ~). Условимся исходные значения токов н напряжений обозначать большими буквами (К 1), а приращения — малыми (Ли, Ж). Пусть токи получили малые приращения Лс! и Лю~ и стали равными У!+Л1! и!.+Л! . Прн этом напряжения также получилн приращения и стали равными О!+Ли! н 0~+Ли~. Следовательно, ~!+"и! ~! 1(~!+~~!) (~2+а~2)1 (15.43) У +ли = (,! 1(1!+ц!'!), Я+А! )1. (15.43а) Найдем связь между приращениями напряжений Ли! и Ли н приращениями токов Лг! и Л! . С этой целью разложим правые части равенств (15.43) и (15.43а) в ряд Тейлора для функции от двух переменных по степеням приращений Ж! и Ж~ и воспользуемся тем, что в силу малости приращений можно пренебречь слагаемыми, содержащими Лс! н Жд в степенях выше первой. В результате получим и!+Ли! = и!(1!, ~,)+Л!.! й!!+М.„й„, Ь+аиз= (4(1 У+а' 'й +дай Обратим внимание на то, что й~!Фй! .
Значения й! !, й!~, й~!, й~д могут быть найдены графическим путем нз характеристик транзистора нли опытным путем, поэтому в дальнейшем будем полагать их известными. Если из (15.43) вычесть (15.42), а из (15.43а) — (15.42а), то ци! = й!!Ь!!+й!~~, Ли~ —— й~!Л! +й~~Лс~, (15.44а) Из (15.44) и (15.44а) следует, что по отношению к малым приращениям транзистор можно заменить эквивалентной линейной схемой замещения. 481 16 зак. Ьвз Коэффициент усиления по напряжению й„= Ьи„„„/аи„„. При использовании ! ранзистора в качестве усилителя напряжения его включают по схеме с общей базой (см. рис. 15.20, а) или по схеме с общим эмиттером (см.
рис. 15.20, б). Для схемы с общей базой й„составляет несколько сотен, для схемы с общим эмиттером — несколько десятков или сотен. Усиление по мощности достигается во всех схемах включения на рис. 15.20. Коэффициент усиления по мощности Й равен отношению приращения мощности в нагрузке ЬР„к приращению мощности на входе транзистора ЬР„. Наибольшее усиление по мощности достигается в схеме с общим эмиттером. Для нее й может достигать значений 10 н более.
Ь~~з 1 ! .А ~ 1 1 1 Ч 1 1 .А г 1 1 А 1 а а) Рис. 15.22 М =(® +)~б)Ж+)~б 121 (15.45а) а2 1~т э 1~ б~!1 +(' 'к+~б)~!22 Ьи1 —— и „= 1рт — 1р„Ли2 — — и = 1р — 1рэ, ГДЕ от — ПОтЕНЦИаЛ ТОЧКИ т; 1РЧ вЂ” ПОтЕНЦИаЛ ТОЧКИ д И т. Д. Сопоставляя (15.45) и (15.45а) с (15.44) и (15.44а), определим: ~э+~б )111' 1~б 1~12 ~т+~б 1~21' ~к+~6 ~22' Э 1э' Последние уравнения дают возможность найти сопротивления Йб, Й, Й и Й 1ю известным сопротивлениям Й11, Я12, 1т21, К . Источник ЭДС Я Ж введен в схему замещения (рис.
15.22, б) для того, чтобы учесть в расчете усилительное действие транзистора; ЭДС этого источника пропорциональна входному току. Таким образом, для расчета малых приращений входных и выходных токов в нелинейной схеме (рис. 15.22, а), определения коэффициентов усиления и входных сопротивлений следует произвести расчет линейной схемы (рис. 15.22, б), подключив к ее входным зажимам источник малой, обычно синусоидальной, ЭДС, а к выходным зажимам — нагрузку й„. Источник ЭДС Я Ь|, в схеме (рис. 15.22, б) является зависимым источником ЭДС. В заключение остановимся еще на двух положениях. 1. В схемах замещения транзисторов вместо зависимого источника ЭДС и по следовательно с ним включенного резистора часто используют зависимый источни" тока и шунтирующнй его резистор. Так, в схеме на рис.
15.22, в вместо источника ЭДС й Ж, и резистора й можно включить управляемый источник тока )~т — М = а1э1. и зашунтнровать его резистором й . э э К' К ф 15.33. Схема замещения биполярного транзистора для малых приращений. Методика расчета схем суправляемыми источниками с учетом их частотных свойств. В схемы замещения для малых приращений часто вводят не сопротивления 011, й12, 021, Й22, которые рассматривались ранее, а некоторые расчетные сопротивления— сопРотивлениЯ базы !тб, коллектоРа йк, эмиттеРа Йэ и некотоРый УпРавлЯемый источник, ЭДС которого равна произведению тока управляемой цепи на расчетное сопротивление й ЗНаЧЕНИЯ Яб, Й„, Й И Я ОПРЕДЕЛЯЮТ ЧЕРЕЗ Й11, Я12, Р21 И эт22 Рассмотрим схему замещения транзистора, когда общим электродом является база (рис.
15.22, а). Входной ток в ней 11 — — 1, выходной ток 12 —— — гк (положительное направление для тока 12 принято противоположным положительному направлению тока 1к на рис. 15.20„а). Схема на рис. 15.22, б заменяет схему на рис. 15.22, а для малых приращений. По второму закону Кирхгофа составим уравнения для двух контуров схемы (рис. 15.22, б): (15.45) Ег а! р .!5.2з (а) (б) ЗЗ~Р3+ 32>Р2 33> ~ 23ч'3+ ~ 22'Р2 '~ 22> 1 1 1 .. 1 Узз= + — + — + !вСн У32= У23= — ( — +!юСн)> г б э н К 1 1 .
, Ег . Ег 'Рз 'Рз У2 — — — + — + !гбС„;,!ЗЗ вЂ”вЂ” — — аЛ!э = — +а —; 122 — — — а —. »н»н»б+»ь '>г+>б >э *>э ~НЗ ° щрз Слагаемые —, содержащиеся в Узз, и — —, содержащиеся в У~, э э "о перенесем в левые части уравнения (а) и (б) и заменим а на !+~в бэО !бэ 483 2. При относительно высоких частотах и быстро протекающих процессах р-п-переходы проявляют свои емкостные свойства и имеет место инерционность основных носителей зарядов.
Емкостные свойства учитывают в расчете, шунтируя в схеме замещения коллекторный р-и-переход некоторой емкостью С„, а инерционность носителей заряда — вводя зависимость коэффициента усиления а транзистора от комао плексной частоты р и = , где ао — коэффициент усиления транзистора на 1+И о' постоянном токе; гбо ~ = й„С„. Емкость эмиттерного перехода обычно не учитывают, так как она шунтирует относительно малое по сравнению с й, сопротивление Яэ. Для высокой частоты схема замещения транзистора, собранного по схеме с общей базой, изображена на рис. 15.23, а, с общим эмиттером — на рис.
15.23, б. В зависимости от типа транзистора Кн имеет значение от нескольких десятых МОм до нескольких МОм; й, — несколько десятков Ом; !!б — несколько десятков или сотен Ом; ф— от нескольких единиц до нескольких десятков или сотен пФ. Рассмотрим методику расчета схем с управляемыми источниками для малых переменных составляющих на примере схемы (рис. 15.23, б). Пунктиром на ней показаны генератор сигнала (ЭДС Е,, внутреннее сопротивление Я,) и нагрузка й„. Для синуао СОИдаЛЬНОГО ПрацЕССа р =1оз, ПОЭтОМу а= . ВОСПОЛЬЗуЕМСя 1+ив Гбо методом узловых потенциалов. Незаземленных узлов два (3 и 2).
Поэтому Получим Е„ ~'= л+я о г < 1 1 1 по + — + — +Уьф— <Рз— 1~ +Ко ыо оо 1 — +1о>С— К (в) 1 ! ~уз + — + — + 1ыС„<р2 — — О. н х ! . "о +!иск 1Ц1+! — ) ыо Решив совместно !в) и (г), определим «рз и ~о~, а по ним все токи и напряжения. Е~,ю4 ю Рис.! 5.24 484 $15.34.
Графический расчет схем иа транзисторах. Схемы на транзисторах при относительно низких частотах на практике иногда рассчитывают не с помощью рассмотренных схем замещения, при использовании которых необходимо знать Й„Я,, Я„и Й, а путем непосредственного применения семейства характеристик транзистора. Этот способ расчета показан на примере 153. Пример !53. Определить коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности схемы (рис.
15.24, а), предназначенной для усиления слабых сннусоидальных колебаний. Входные характеристики использованного в схеме транзистора изображены на рнс. 15.24, б, выходные — на рис. 15.24, а. Параметром на рнс. 15.24, и является тон 1о. Сопротивление нагрузки И„=500 Рм, ЭДС смещения в выходной цепи Е„о — — ! О В. ЭДС смещения в цепи управления Е„о —— 0,25 В. Р е ш е н и е.
На рис. 15.24, в проводим прямую, представляющую собой ВАХ нагрузки Й„=500 Ом. Эта прямая пройдет через точку! =О, и „=Е„о — — 1О В и через точку 1к=Еко/он=20 мА, и,„=О. Семейство входных характеристик транзистора П14, как это видно из рис. 15.24, б, обладает той особенностью, что в интервале значений и =0,2 —:10 В зависимость тока базы гв от напряжения между эмиттером и базой изображается одной и той же кривой. Найдем значение тока!~ — — Гвов режиме, когда на входе действует только ЭДС Е„о — — 0,25 В. Из рис. 15 24, б следует, что при и,в — — О 25 В ток!~ — — !во — — 250 мкА(точка и). Далее найдем ток 1„=/„о и напряжение и =У,„о в этом режиме. На семействе кривых рис. 15.24, а режим работы при Е =Его определяется точкой и, полученной в результате пересечения ВАХ нагрузки с той кривой семейства 1,=Ди,„), для которой параметром является 1в —— 250 мкА.
В точке а 1„=/„о — — 13,! мА, и =!/. о — — 3,5 В. Линеаризуем входную характеристику в рабочей точке. С этой целью проведем в окрестности точки а (рис. 15.24, 6) прямую так, чтобы она на возможно большем участке совпала с касательной к кривой гв — — Ди, ) в точке и. Крайними точками проведенной прямой будем считать точки р и т. В точке р ток 1~ — — 350 мкА и и.„в —— 0,23 В. В точке т ток г~ — — 150 мкА и и, =0,23 В. Этим точкам соответствуют одноименные точки р и т на рис 15.24, в. В точке р (рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
