И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Будем считать это сопротивление и сопротивление нагрузки й„ линейными. Входное сопротивление транзистора К,„, как известно, нелинейно, поскольку нелинейна входная характеристика 1,„= У'(и,„), отражающая нелинейные свойства самого транзистора. Так как сопротивление К,„ у транзисторов мало, наиболее часто бывает, что К„ ~ К„„, и тогда источник колебаний работает как генератор тока, т.е. в режиме, близком к короткому входе, так как входное сопротивление самого транзистора мало, а сопротивление прибора, включаемого для измерения входного тока (микроамперметра или миллиамперметра), не может создать короткое замыкание на входе. залзыканию.
Входной переменный ток в этом случае 1,„= е,„/й„, и является синусоидальным, поскольку ЭДС е,„сннусоидальна, а сопротивление й„„линейно. Переменный ток на выходе приблизительно пропорционален входному току и также синусондален. Очевидно, и выходное напряжение и,„,„= = 1„,„К„будет сннусоидальным, т. е. усиление происходит с малыми нелинейными искажениями.
При этом, хотя входное напряжение и,„= 1,„й„„оказывается искаженным (несинусондальным), так «ак й,„ нелинейно, тем не менее на выходе получаются почти не искаженные усиленные колебания. Небольшие нелинейные искажения все же наблюдаются из-за того, что зависимость !,„„ от 1,„ не является строго линейной. Значительно реже бывает, что К,„~ » й„„, так как источники колебаний с очень малым внутренним сопротивлением встречаются не так часто. В этом случае ток 1,„ е,„/К,„ и является несинусоидальным, поскольку й„ нелинейно. Но тогда и выходной ток, пропорциональный входному току, будет несинусоидальным, а следовательно, и выходное напряжение получится искаженным, несмотря на то что входное напряжение в данном режиме приблизительно равно ЭДС и имеет сннусоидальную форму, Простейший расчет рабочего режима является приближенным, что допустимо во многих случаях, так как параметры транзисторов имеют разброс.
Если Ин ик Еи„х, то коэффициент усиления по току )с! приближенно равен Ьг„ т. е. (с! ги ес для схемы ОБ и )с! )3 для схемы ОЭ. Коэффициент усиления каскада по напряжению (. = ()в„.„/ин„„= 1ви„»Е»/(1»„»Е.») = = )с,йн/Ем. (6.1) Входное сопротивление каскада можно приближенно считать равным параметру йы транзистора: 11»» )! 1! тогда '"и Еи"г!/)11и (6.3) Но )сг!/)с!! = уг„и, следовательно, можно написать йн У2!Еи (6.4) Вывод формул для более точного расчета режима усиления основан на использовании уравнений (,1„,1 = )с!!1 ! + )11 (1 1«2 )1211 1 + )122(' 2.
(6.7) (6.8) Решим второе уравнение относительно 1«,: 1«2 + )2221вг~и )221 в! 1«2(1 + )сггйн) Разделив обе части последнего равенства на 1+ Ьггй„и на 1 „получим 1 1 ! + )Сггйи Еных + Ен ПРИ Я„~ А„в ПОЛУЧаЕМ )С! ж (22!. Выразим (1 г через 1,. При этом учтем, что и, = Е, — (гйн. Тогда Лиг = = — Л!2Е„так как приращение постоянной величины Е, равно нулю. Приращения можно рассматривать как амплитуды; получим 11 г = — 1 гйн. Знак «минусы показывает, что между изменениями иг и 1, имеется фазовый сдвиг на 180'. Перепишем уравнения (6.5) и (6.6), заменив (1 г на — 1 гй„: (7„1=)с!!1 1 — )с! 1 Е„; 1«2 )1211 ! )1221вгйи' Поделив на 1, обе части уравнения (6.7), получим формулу для Я„„: — = Е- = Ь! ! — 612)с Ен (6.10) (1 1 1, При малом Яи и с учетом того, что значение Ь!г мало (значительно меньше единицы), получаем Е,„Ь!!.
Зная коэффициенты усиления )сс и )с„, при заданном входном токе или входном напряжении можно рассчитать гок и напряжение на выходе, а также входную и выхолную мощность и коэффициент усиления по мощности. Например, если задан входной ток 1»,„х, то Р,х = 0,51»ыв(ув„„; (6.! 2) 1хниых = )с~/»их )1211»ыхх: (6 13) ()н„„„= ),(7«„„н (2»,„ы„= 1»ыв,„йн; (6.14) Р,„х нн 0,51»,„„„()н,„„„; (6.15) )с„= (с,)сн или )1, = Р„ых/Р„х. (6.16) Рассмотренный простейший расчет режима усиления с помощью параметров транзистора делают при малых амплитудах колебаний, так как их нельзя показать на характеристиках и графоаналитический расчет невозможен. Следует отметить, что иногда коэффициентом усиления транзисторного каскада по напряжению считают отношение выходного напряжения к ЭДС источника усиливаемых колебаний (Ен,нх), Это имеет с)пределенный смысл, так как из-за малого входного сопротивления транзистора ()н„„ обычно значительно меньше Ев„х.
Соответственно этому изменяется и расчет коэффициента усиления каскада по напряжению и мощности. Значения )с, и й, рассчитанные таким образом, будут зависеть от соотношения между входным сопротивлением транзистора и сопротивлением источника колебаний Я,в Перейлем теперь к графоаналитнческому расчету рабочего режима транзистора. Этот метод расчета более точен, так как учитывает нелинейные свойства транзистора.
Кроме того, графоаналитический метод позволяет сделать более (6.17) то построение линии нагрузки производится по точкам ее пересечения с осями координат — так же, дак зто делалось для диода (см. 6 3.4). При )к = 0 ги„„, Рнс. 6Д. Грпфопнпзпннческнй расчет режима усиления транзистора прн помощи выходных н входной характеристик 9! полный расчет; определяются величины, связанные не только с переменными, но и с постоянными составляющими токов и на~зряжений. Для графоаналитического расчета пользуются так называемыми рибочнми .хпрнктеригтикими.
Поскольку транзистор всегда работает с входным током, необходимо пользоваться входными и выходными характеристиками. Рассмотрим в качестве примера зти характеристики для каскада с общим змиттером, имеющего сопротивление нагрузки йп, одинаковое для постоянного и переменного тока. В семействе выходных характеристик (рис.
6.1,а) построение рабочей характеристики, иначе называемой линией нагрузки, производится по заданным или выбранным значениям напряжения источника питания Ех и сопротивления нагрузки Лп. Поскольку для выходной цепи транзистора справедливо уравнение Ех = и„, + )„йп, получаем Е, = и„т т, е, откладываем Ез па аси напряжения (точка М). А при и„, = 0 получаем 1„= Е,1Я„и откладываем это значение по оси така (точка (ч). Соединяя зти точки прямой, получаем линию нагрузки (рабочую характеристику). Затем на ней выбираем рабочий участок.
Например, для получения болыпой выходной мощности следует взять рабочий участок АБ. Па проекциям рабочего участка на оси координат определяем двойные амплитуды первых гармоник переменных составляющих выходного тока и выходного напряжения 21„„и 2У „, После этого можно найти выходную мощность Р,„„= 0,51„„(/„„,. (6.18) На рис. 6.1,а заштрихован так называемый треугольник полезной мои1- ности.
Его гипотенузой является рабочий участок АБ, а катетами — соответственно двойные амплитуды тока 21„,„ и напряжения 2((,„„,. Нетрудно вычислить, что площадь треугольника соответствует учетверенной полезной мощности 21„,„~У „,, Пусть сопротивление источника колебаний Е„„во много раз больше вхадногосопротивления Е,„транзистора. Тогда нелинейность сопротивления И,„ практически можно не учитывать, так как свойства входной цепи определяются сопротивлением И„„. Если последнее линейно, то при синусаидальной ЭДС источника колебаний ток (ьж также будет.
синусоидальным. В этом случае рабочая точка Т соответствует таку 1еь являющемуся средним по отношению к токам базы в точках А и Б. Рабочая точка Т определяет амплитуду первой гармоники входного тока 1„,е (как половину разности токов базы, соответствующих тачкам А и Б), а также ток 1„9 и напряжение У,.,е в режиме покоя.
По этим значениям можно найти мощность Рь ь выделяющуюся в транзисторе в режиме покоя, которая не должна превышать предельной мощности Р,,„, являющейся одним из параметров транзистора: Рья = 1 о(/„о ( Р. (6 19) 92 Если имеется семейство входных характеристик транзистора, то можно построить входную рабочую характеристику путем перенесения па точкам в это семейство выходной рабочей характеристики.
Однако в справочниках обычно не приводится семейство входных характеристик, а даются лишь характеристики для иьо = 0 и для некоторого и„., > 0 или даже только одна последняя кривая. Поскольку входные характеристики для различных и,„превышающих 1 В, располагаются очень близко друг к другу, то и рабочая характеристика мало отличается от них. Поэтому.
расчет входных токов и напряжений можно приближенно делать по входной характеристике при и,, > О, взятой из справочника. На эту кривую переносятся точки А, Т и Б выходной рабочей характеристики, и получаются точки А„ Т, и Бь (рис. 6.1,6). Проекция рабочего участка А,Бь на ось напряжения выражает двойную амплитуду входного напряжения 211не., Зная 1ь,е и (У е „ можно рассчитать входное сопротивление Я,„и входную мощность каскада Р„„по формулам Е,„= и„,ь,Дь,е; (6.20) Р,„= 0,5Ь'„„,,1 ь. (6.21) Рабочая точка Т, определяет также постоянное напряжение базы Уе,е. Зная Уе.ье и считая приближенно, что постоянная составляющая тока базы в режиме усиления равна 1ее, нетрудно рассчитать сопротивление гасящего резистора Е„-, через который от источника Е, будет подаваться постоянное напряжение на базу: Яе = (Ез — Уе эо)Део (6.22) Коэффициенты усиления каскада по току, напряжению и мощности определяются по обычным формулам: Ц = 1„„11ь,~; )г„= и„,„,)и„,ь,; lгг = ЦА„.
(6.23) Приближенно можно считать, что постоянная составляющая тока коллектора в режиме усиления равна таку покоя 1»о. Тогда мощность Ро, затрачиваемая источником питания Е„ определится по формуле' Ро=Ег! о, (6.24) а КПД каскада (точнее, КПД выходной цепи) ц = Рк 7РО (625) При рабочей точке Т, входной ток мало искажен: обе его полуволны имеют почти одинаковые амплитуды.
А входное напряжение при этом сильно искажено. У него положительная полуволна по амплитуде значительно меньше, чем отрицательная. Тем не менее выходной ток и выходное напряжение получаются мало искаженными. Такой результат, как уже было показано ранее, характерен для режима, в котором источник колебаний работает как генератор тока (при й„, ~ Я,„) и задает на вход транзистора синусоидальный ток. Если же источник колебаний работает как генератор напряжения (при Я„к к Тх,„) и задает на вход синусоидальное напряжение, то рабочая тачка переходит в положение Т, и входной ток оказывается сильно искаженным. Соответственно будут сильно искажены выходной ток и выходное напряжение, так как на выходных характеристиках рабочая гочка будет находиться в положении Т, и она разделит рабочий участок АБ на две неравные части, Когда амплитуды положительной и отрицательной полуволны тока коллектора неодинаковы (обозначим их соответственно 1' к и !"„,„), то можно найти амплитуду второй гармоники этого тока 1 кг и равное ей приращение постоянной составляющей д1„О по формуле 1 .2 = Л1»о= 0,25(1' к — 1»к) (626) Тогда постоянная составляющая (среднее значение) тока коллектора в режиме усиления 1к.кр = !ко + '11»О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
