И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Коэффициент усиления каскада по напряжению /б„равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения. Входным является переменное напряжение база — эмиттер иб „а выходным — переменное напряжение на резисторе нагрузки ик нли, что все равно, между коллектором и эмиттером — их,: й„= (/в..н./(/.„х = (/к,я/(/.„= = (/пк-э/(/ б-э.
(4.12) Напряжение база — эмнттер не превышает десятых долей вольта, а выходное напряжение при достаточном сопротивлении резистора нагрузки и напряжении источника Еэ достигает единиц, а в некоторых случаях и десятков вольт. Поэтому /б„ имеет значение от десятков до сотен. Отсюда следует, что коэффициент усиления каскада по мошности /б„получается равным сотням, или тысячам, или даже десяткам тысяч. Этот коэффициент представляет собой отношение выходной мощности к входной.
Каждая нз этих мошностей определяется половиной произведения амплитуд соответствующих токов и напряжений: Р, = 0,51,„хП,„х =0,51„к(У „.,; (4ЛЗ) 1'вх = 0,51к,эхП«вх = 0,51«бУ б-э (4.14) поэтому йр 1 вых/~ вк 1«вьхх(/ внх/(1«вх(/«в ) = й;/б„. (4Л 5) Важная величина, характеризующая транзистор, — его входное сопротивление Ем, которое определяется по закону Ома.
Для схемы ОЭ 68 Ем = (/.„„/1.„„= (/„„.,/1„„(4.16) и составляет от сотен ом до единиц килоом. Это вытекает из того, что при (/ б.„равном десятым долям вольта, ток 1«б тРаНЗИСтОРОВ ' МаЛОй И СРЕДНЕЙ мощности может быть до десятых долей миллиампера. Например, если (/ б, = =200 мВ, а 1 в=0,4 мА, то Евх= = 200: 0,4 = 500 Ом. Как видно, входное сопротивление получается сравнительно малым.
Это существенный недостаток биполярных транзисторов. Выходное сопротивление транзистора при включении его по схеме ОЭ, как будет показано далее, составляет от единиц до десятков килоом. Каскад по схеме ОЭ при усилении переворачивает фазу напряжения, т. е. между выходным и входным напряжением имеется фазовый сдвиг 180'. Для доказательства этого рассмотрим работу схемы на рис. 4.6. На нем и на некоторых следующих рисунках знаки постоянных потенциалов указаны в кружочках для отличия от знаков переменных потенциалов. Падение напряжения на резисторе нагрузки от постоянного тока коллектора получается со знаком «минус» на верхнем (по схеме) конце.
Пусть на вход транзистора (на базу) поступает положительная полуволна напряжения, как показано на рис. 4.6. Это напряжение складывается с напряжением Еп и напряжение на эмиттер- НОМ ПЕрЕХОдЕ, (/бэ уВЕЛИЧИВаЕтСя. В рЕ- зультате возрастает ток эмиттера, а следовательно, и ток коллектора. Тогда увеличивается падение напряжения на резисторе нагрузки, т.
е, дополнительно к постоянному напряжению на Яв появляется еше и переменное напряжение с той же полярностью. Таким образом, на выходе получается отрицательная полуволна переменного напряжения. Достоинство схемы ОЭ вЂ” удобство питания ее от одного источника, поскольку на коллектор и базу подаются питающие напряжения одного знака. Недостатки данной схемы — худшие по сравнению со схемой ОБ частотные и температурные свойства. С повышением частоты усиление в схеме ОЭ снижается в значительно большей степени, нежели в схеме ОБ. Режим работы схемы ОЭ сильно зависит от температуры.
Влияние частоты и температуры подробно рассматривается в гл. 6. Схема с общей базой (ОБ). Хотя эта схема (рис. 4.9) дает значительно меньшее усиление по мощности и имеет еще тк ИК Рнс. 4.9. Включение транзистора но схеме с общей базой меньшее входное сопротивление, чем схема ОЭ, все же ее иногда применяют, так как по своим частотным и температурным свойствам она значительно лучше схемы ОЭ (см.
гл. 6). Коэффициент усиления по току каскада ОБ всегда несколько меньше единицы: Й, = 1„,„!1н, хе 3, (4.17) так как ток коллектора всегда лишь немного меньше тока эмиттера. Как мы знаем, важнейший параметр .транзисторов — статический коэффициент усиления по току (или коэффициент ггередачи тока), для схемы ОБ обозначаемый и.
Он определяется для режима без нагрузки (Е„= 0), т. е. при постоянстве напряжения коллектор — база: и = Ж,/Ж, при и„е = сопз1. (4.18) Коэффициент и всегда меньше 1, и чем ближе он к 1, тем лучше транзистор. Коэффициент усиления по току (тг для каскада ОБ всегда немного меньше а, так как при включении Я„ ток колдектора уменьшается. Коэффициент усиления по напряжению определяется формулой = (7. г оггтгнэ е' (4.19) он получается таким же, как и в схеме ОЭ, т. е. равным десяткам или сотням.
Действительно, если в схемах ОЭ и ОБ транзисторы, входные напряжения, питающие напряжения и сопротивления резисторов нагрузки одинаковы, то коллекторный ток практически олин и тот же и, следовательно, выходные напряжения также одинаковы. Поскольку коэффициент усиления по мощности (т равен произведению )т;к„, а lтг - 1, то (т„примерно равен Й„, т. е. десяткам или сотням. Входное сопротивление для схемы ОБ Е„„= и„,„,11.„(4Л) оно получается в десятки раз меньшим, чем в схеме ОЭ. Это видно из того, что напряжение У„ е равно напряжению (1ч,еч, а ток 1,„, в десятки раз больше тока 1чо Входное сопротивление для схемы ОБ— всего лишь десятки, а у более мощных транзисторов даже единицы ом.
Такое малое Бм является существенным недостатком схемы ОБ. Выходное сопротивление, как будет показано далее, в этой схеме получается до сотен килоом. Для схемы ОБ фазовый сдвиг между выходным и входным напряжением отсутствует, т. е. фаза напряжения при усилении непереворачивается. В этом можно убедиться, если рассуждать так же, как при анализе схемы ОЭ. На рис. 4.9 показана полярность отрицательной полуволны входного напряжения, гюд влиянием которой возрастают токи 1, и г„ и увеличивается падение напряжения на резисторе нагрузки, т, е. отрицательная полуволна выходного напряжения. Следует отметить, что каскад по схеме ОБ вносит прн усилении меньшие искажения, нежели каскад по схеме ОЭ.
Схема с общим коллектором (ОК). В этой схеме (рис. 4ЛО) действительно коллектор является общей точкой входа и выхода, поскольку источники питания Е, и Ез всегда шунтированы конденсаторами большой емкости и для переменного тока могут считаться коротко- замкнутыми. Особенность этой схемы в том, что входное напряжение пол- 69 )г„= Оа,х„„~(гам = = (гама!(Умв, + (/ан, „) < 1. (4.23) иа„= цб, + иа „. (4.21) той~пап 4./. Важнейшие параметры основных схем вилючеапя транзисторов Схема ОК Схема ОБ Параметр Схема ОЗ Десятки — сотни Десятки — сотни Немного меньше еди- ницы Немного меньше единицы Десятки — сотни д Десятки — сотня Десятки — сотни Сотни — десятки тысяч Сотни ом — единицы кнлоом Десятки — сотни кило- ом Единицы — десятки ом да„ Сотни кнлоом †единицы мегаом Сотни ом — елнннцы хнлоом Единицы — десятки кнлоом дама Фазовый сдвиг МежДУ Гуама Н бм 180' 70 Рнс, 4.10.
Включение гранзнсгора по схеме с обшнм коллектором костью передается обратно на вход,т. е. очень сильна отрицательная обратная связь. Нетрудно видеть, что входное напряжение равно сумме переменного напряжения база — эьшттер нб., и выходного напряжения: Коэффициент усиления по току каскада ОК почти такой же, как и в схеме ОЭ, т. е.
равен нескольким десяткам. Действительно, ! (м Даб (хах+)мбИ б 1мхЧ б+1 (4.22) а ОТНОШЕНИЕ 1а„Да,б ЕСТЬ КОЭффИцИЕНт усиления по току для схемы ОЭ. Однако коэффициент усиления по на- пряжению близок к единице, причем всегда меньше ее: Напряжение (7а,б, не более десятых долей вольта, а (гм„,а при этом составляет единицы вольт, т. е. 1/мб, ~ ~ (7а,„м„. Слеловательно, )г„- 1. Надо отметить, что переменное напряжение, поданное на вход транзистора, усиливается в десятки раз, так же как н в схеме ОЭ, но весь каскад не дает усиления. Коэффициент усиления по мощности, очевидно, равен примерно кь т.
е. нескольким десяткам. Рассмотрев полярность переменных напряжений в схеме, можно установить, что фазового сдвига между их„„и иа„ нет. Пусть, например, в данный момент подается положительная полуволна цхм как показано на рис. 4.10. Тогда увеличится напряжение иг„а и возрастет ток эмиттера, который увеличит падение напряжения ца резисторе нагрузки. Следовательно, па выходе получится положительная полуволна напряжения. Таким образом, выходное напряжение совпадает по фазе с входным и почти равно ему.
Иначе говоря, выходное напряжение повторяет входное. Именно поэтому дан- ный каскад обычно называют эмишшериы.и поыпоришеяеяь Эмиттерным потому, что резистор нагрузки включен в провод эмиттера и выходное напряжение снимается с эмиттера (относительно корпуса). Входное сопротивление каскада по схеме ОК составляет десятки килоом, что является важным достоинством схемы. Действительно, Я„„= ()я,„„/1в,„„= (ииа., + иь,„и„)/1я„. (4.24) Отношение 0я,в,/1в,я есть входное сопротивление самого транзистора для схемы ОЭ, которое, как известно, достигает единиц килоом. А так как ()л,„а„в десятки раз больше Еив„то и Я„„в десятки раз превышает входное сопротивление схемы ОЭ. Выходное сопротивление в схеме ОК, наоборот, получается сравнительно небольшим, обычно единицы килоом или сотни ом.
Для удобства сравнения основные свойства всех трех схем включения транзисторов сведены в табл. 4.1. 4.5. СХЕМЫ ПИТАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ РЕЖИМА В каскадах с транзисторами применяют обычно' питание от одного источника — источника выходной цепи г. Для нормального режима работы транзистора необходимо, чтобы между эмиттером и базой было постоянное напряжение в деснтые доли вольта (напряжение смешения базы). Ток эмиттера, проходя через участок эмитгер — база, создает на нем некоторое падение напряжения, но оно недостаточно, и режим работы транзистора без дополнительного смещения оказывается непригодным (токи слишком малы). Необходимо подать некоторое напряжение сыешения от источника питания коллекторной цепи. Это делают с помощью резистора или делителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
