Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Ом Ьд„ 3 кОм Рис. 4.33.Двухкаскадный усилитель 8-2890 ГЛАВА Б АНАЛИЗ УСИЛИТЕЛЕЙ МАЛОГО СИГНАЛА НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ С ПОМОЩЬЮ т-ПАРАМЕТРОВ Транзисторы широко применяются в схемах усиления малого сигнала. Малые сигналы — это такие сигналы, которые вызывают изменения нз пряжения и тока, намного меньшие, чем постоянный ток и постоянные напряжения рабочей точки. Усилители малого сигнала — маломощные усилители, нх мощность рассеяния (обычно такая же, как и потребляе. мая мощность) не превышает несколько сотен милливатт. Эта глава посвящена проектированию и анализу схем усилителей с применением г-параметров (параметров, имеющих размерность сопротивления).
Можно сказать, что такой анализ широко применяется, и часто бывает предпочтительнее других способов представления схем, включая Ь-параметры. Темы, рассмотренные в втой главе: графический анализ усилителей; сопротивления источника и нагрузки; г-параметры; сравнение г-и Й-параметров; анализ схем усилителей с ОЭ, ОБ и ОК с помощью г-параметров. Б.! . Основы усилителей малого сигнала Назначение усилителя — усилить слабый сигнал (например, сигнал микрофона аудиосистемы), чтобы его можно было использовать для управления требуемой нагрузкой (например, громкоговорителем). В 4-й главе были рассмотрены виды смещения транзистора и характеристики схем на постоянном токе, даны рекомендации по выбору величины напряжений постоянного тока, токов и сопротивлений резисторов, Наличие на входе схемы усилителя сигнала переменного тока приводит к изменению выходного напряжения и выходного тока.
Изменения во входящей цепи иллюстрируются входными вольт-амперными характеристиками. Изменениявыходногонапряженияи тока, вызванныеприсутствием сигнала переменного тока, отражены на нагрузочной линии, наложенной на выходные характеристики транзистора. Этот, так называемый «графический анализ», облегчает понимание работы схемы усилителя. Гра4ичесниб анализ Рассмотрим схему усилителя с общим эмиттером, представленную на рис. 5.1. Базовый ток транзистора в этой схеме 1в = = (15 — 0,7)/576 кОм = 25 мкА.
кСС кЕЕ Яв +1б в 576 к ) ~угу Рис. б.1. Схема простого усилителя с общим эмиттером Чтобы исследовать изменение тока базы, вызванное источником сигнала (примем, что сигнал синусоидзльный) амплитудой 0,05 В, воспользуемся входной характеристикой, приведенной на рис. 5.2, малым действием обратной связи напряжения коллектора Ксе для простоты пренебрегаем. Приняв, что эмиттерный переход смещен прямо напряжением Ъ'ве, равным 0,7 В, можно видеть (см. рис. 5.2), что входной сигнал изменяет хне от 0,65 до 0,75 В. В результате базовый ток тоже меняется по синусоиде, от минимума 20 мкА до максимума 30 мкА.
Ясно, что при увеличении ~ходного напряжения входной ток увеличивается. Ток коллектора изменяется в 6 раз больше, чем ток базы (по определению коэффициента "ередачи тока,9 = г,(ьь или ь', = 6 ьь). Если Д транзистора равен 100,то А7с = ь . = ЯЬ1Е = 13 гь = 100 и 10 мкА = 1 мА. Итак, выходной переменный ток коллектора изменяется на 1 мА.
Изме- "ение тока вызывает появление переменного напряжения на выходе (и ), Равного 3 В. ~~( 1 32 Глава б. Анализ усилигаелей малого сигнала на биполлрнъьх транэистаорах Рис. 5.2. Синусоидальный ток базы, вызванный сннусондалъным входным сигналом !в, мхд ЗО )с с!с 1 ма~-~2-- Рис. 0.3. Нагрузочнвя линия на семействе выходных характеристик транзистора На рис.
5.3 изображена нагрузочная линия на выходных характеристиках транзистора. Для схемы 5.1 нагрузочная линия пересекает оси Х и У в точках: ~сс 15 В Х=рсс=15 В У=1с~ ) = — = =ЗмА. Вс 3 кОм Все точки на нагрузочной линии были рассмотрены в гл. 4. Обратим внимание, что при увеличении тока базы 1В ток коллектора 1с тоже увеличивается, однако Ъсн уменьшается (см. рис.
5.3). При увеличении 1н от 20 до 30 мкА 1с увеличивается от 2 до 3 мА, а напря- О,бб ! ! 4! Входной сигнал ! ( ! !р.=зр ! ! ! ! |! жение уменьшается от 9,0 до 6,0 В. Другими словами, когда входной ток увеличивается, выходное напряжение падает. Это инверсия фазы, разность фаз между входным и выходным напряжением равна 180'. Когда напряжение входного сигнала максимально положительно (вызывает максимальный ток 1н), выходное напряжение имеет наиболее отрицательное напряжение.
Все важные параметры усилителя можно оценить из этих графиков— коэффициенты усиления по току и напряжению, входные и выходные импедансы (импеданс — полное сопротивление, состоящее из активного и реактивного сопротивления). Сначала определим величины переменных токов и напряжений по характеристикам, представленным на рис. 5.3. Выходной ток г, = Ь1с = 3 мА — 2 мА = 1 мА. Входной ток гь = А7н = 30 мкА — 20 мкА = 10 мкА.
Выходное напряжение с~ = Арал = 6  — 9 В = — 3 В. Входное напряжение еы = ЬЪнл = 0,75  — 0,65 В = 0,1 В. Таким образом, коэффициент усиления по току А; (пренебрегаем малой потерей входного тока, вызванной шунтированием источника сигнала базовым резистором сопротивлением 576 кОм) равен выходной переменный ток г, 1 мА входной переменный ток гь 10 мкА Коэффициент усиления по напряжению А„ выходное переменное напряжение о„— 3 В входное переменное напряжение оы 0,1 В Отрицательный знак показывает, что разность фаз между входным и выходным напряжением у усилителя с ОЭ равна 180', как было сказано выше.
Формы сигналов входного тока и напряжения показаны на рис. 5.4. Абсолютное значение усиления равно 30, т. е. выходное напряжение в 30 раз больше входного. Коэффициент усиления по мощности равен произведению коэффициентов усиления по току и напряжению: Аг — — А; А„= 100 х 30 = 3000. поскольку коэффициент усиления по мощности всегда положителен, учитываются только абсолютные значения коэффициентов усиления по току и напряжению.
Входной импеданс усилителя входное переменное напряжение еы 0,1 В 10000 Ом входной переменный ток чь 10 мкА или Я; = 10 кОм. Это значение входного импеданса не учитывает резистор Вв (= 576 кОм). В действительности (будет показано позже) имеем следующее: входной импеданс = ВВ(('Я( = 576 кОм((10 кОм 10 кОм. И,наконец, выходной импеданс Я~: выходное переменное напряжение псе 3 Б о— — — — — — 3 кОм. выходной переменный ток 1, 1 мА (о (мА) 4 (ь (мА зо п а) УВЕ (в 0,75 УСЕ (в> о.
о,е я н( г) в) Рис. Е.4. Формы сигналов тока и напряжения в усилителе с ОЭ. Я вЂ” рабочм точка. Величины напряжения и тона в точке Я вЂ” величины, которые присутствуют при отсутствии сигнала переменного тона. Отметим, что на рисунках е) и г) выходное напряжение минимально, когда входное напряжение максимально. То есть, усилитель с ОЭ переворачивает фазу Из вьппеприведенных расчетов видно, что усилитель с ОЭ усиливает как по току, так и по напряжению. Это справедливо только для усилителя с ОЭ. Далее будет показано, что усилитель с общей базой (ОБ) не усиливает ток (А; 1), а усилитель с общим коллектором (ОК) не усиливает напряжение (А„1).
У усилителя с ОЭ величины входного и выходного импеданса отличаются незначительно (обычно они одного порядка). Это очень важно знать, если два или три усилителя требуется соединить последовательно. Близкие значения входного и выходного иьшедансов избавляют от дополнительных каскадов, согласующих импедансы. Например, у усилителя с ОБ входной и выходной импедансы ~~~~34 Глава б. Анализ усилителей малого сигнала на биполярных транзисторат гг о.... г...а ° -- ° ~ЗИ) отличаются значительно; обычно 4 несколько десятков ом, а Я,вг— несколько килоом. Все эти свойства выводят усилитель с ОЭ на первое место, и именно эта схема имеет наибольшее применение. Графический анализ усилителя дает хорошее наглядное представление процесса усиления.
На практике схемы на транзисторах анализируются алгебраически. В этой главе представлен анализ с использованием г-параметров, в следующей главе — при помощи Ь-параметров. Сопротиеленил источника и назрузки рассмотрим сопротивление источника и сопротивление нагрузки, поскольку их величины влияют на характеристики схемы.
Сопротивление исгпочника Каждый источник сигнала имеет свое внутреннее сопротивление. При соединении источника сигнала к входу усилителя сопротивление источника Вч оказывается включенным последовательно с входным импедансом Я; усилителя (рис. 5.5). Сопротивление источника и входной импеданс усилителя образуют делитель напряжения. Ток от напряжения источника о, равен гк л,+г Напряжение на входе усилителя сигнала Рис. З.З. На после овательно включенном л гв гб ц сопротивлении источника Я, терлетсл часть иЕв = 6л.
л,+г; сигнала переменного тока уравнение 15.1) показывает, что сигнал, поступающий на вход усилителя, ослаблен в Я;/(В, + Я;) раз. Соответственно во столько же рзз уменьшается коэффициент усиления по напряжению со/ию Чтобы минимизировать потерю коэффициента усиления по напряжению из-за сопротивления источника, сопротивление источника В, должно быть во много раз меньше чем Я;. Другими словами, для оптимизации усилителя напряжения желательны низкий импеданс И~точника и высокий входной импеданс усилителя. Желательно, чтобы усилитель напряжения имел высокое входное напряжение, Аналогичным образом, заменив источник сигнала на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
