Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 48
Текст из файла (страница 48)
В мощных усилителях применяют иные режимы работы транзистора и более сложные схемы, обеспечивающие получение более высокого КПД. Аналитический расчет усилительных свойств Задачей аналитического расчета является определение амплитуд переменных составляющих токов и напряжений и коэффициентов усиления, устанавливающих взаимосвязь между амплитудами входных и выходных переменных напряжений и токов. Постоянные составляющие токов и напряжений, определяющие положение исходной рабочей точки, при этом можно не принимать во внимание. Транзистор, включенный по схеме с ОЭ и работающий в линейном режиме, можно рассматривать как линейный четырехполюсник, на входе которого действуют переменные напряжения с амплитудой (/,„и ток с амплитудой 1„„, а на выходе — напряжение с амплитудой (/ „„и ток с амплитудой 1 „.
Для расчета воспользуемся уравнениями четырехполюсника (4.63) и (4,64), заменив в них бесконечно малые приращения токов и напряжений амплитудами соответствующих токов и напряжений, и будем считать, что численные значения л-параметров, определяемые положением исходной рабочей точки, известны. Тогда уравнения четырехполюсника можно записать в виде и,„= Ь,ь1.„+ й„,и,.„„; (4.74) 1„„„= л,ь1,„~- Щ,(1,„„ (4.75) Уравнения (4.74) и (4.75) дают основание заменить реальный транзистор формальной эквивалентной схемой (рис. 4.27), не раскрывающей внутреннего содержания четырехполюсника, а только отражающей его реакцию на переменные токи и напряжения, приложенные к внешним зажимам транзистора.
В этой схеме генератор тока л2ь1„„учитывает передачу тока из входной цепи в выходную цепь, генератор напряжения л, (/,„учитывает реакцию входной цепи на процессы в выходной цепи, лн, отражает входное сопротивление транзистора, Ь,ь отражает выходную проводимость. Учтем, что во входной цепи транзистора, включенного по схеме с ОЭ, имеется резистор Яб, конденсатор Св и источник сигнала с амплитудой (/ и внутренним сопротивлением Аг, а на выходе схемы включены резисторы Я, и Ян и конденсатор С„(см. рис. 4.25). Будем считать, что сопротивления конденсаторов близки к нулю и Р~ » Ьн,. Параллельное включение Я, и А„заменим эквивалентным сопротивлением Я„, = А„А /(А„+ Я„). Тогда эквивалентная схема примет вид, показанный на рис, 4.28.
249 Рис. 4.27 4ы~.т К 4- Б Э Э Рис. 4.26 (4.78) (4.79) (4.80) 4.7. Работа транз а а нлительном режима Из схемы следует: и.„.=и -1.г„; и, „=-1, .Л„,. Подставляя (4.77) в (4.75), получаем 1+й, М„, Коэффициент усиления тока ааа 1 1вха Коэффициент усиления напряжения и и— Ь„,1 Ь„, (4.76) (4.?7) 25О Глава 4. Бнполярныв транзноторы н тнрнсто ы Знак «минус» свидетельствует о том, что входное и выходное напряжения находятся в противофазе.
Аналогичным образом рассчитывают усилители при включении транзистора по схеме с ОБ или ОК. Физические эквивалентные схемы Во многих случаях расчет усилительных свойств транзистора целесообразно вести с помощью физических эквивалентных схем. Физические эквивалентные схемы, в отличие от формальных схем, отражают внутреннюю структуру транзистора и составляются для переменных составляющих токов и напряжений. При включении транзистора по схеме с ОБ за основу построения физической эквивалентной схемы примем Т-образную модель Эберса — Молла, в которой диоды заменим дифференциальными сопротивлениями г, и г„, зависящими от постоянных напряжений на переходах.
Интегральный коэффициент передачи тока а заменим дифференциальным коэффициентом Игю Пренебрежем передачей тока с выхода на вход. Перейдем от постоянных токов и напряжений к действующим значениям переменных токов и напряжений. Учтем объемное сопротивление базы г~ и емкости переходов С, и С„ наличие которых приводит к появлению фазовых сдвигов между токами и напряжениями. Передачу тока из входной цепи в выходную цепь учтем частотно зависимым генератором тока. Это может быть либо генератор, вырабатывающий ток 1г,в1,, где Ьгмявляется частично независимым коэффнцентом передачи тока эмиттера либо генератор, вырабатывающий ток Ьгм1,, зависящий от тока 1,, протекающего через внешний вывод эмиттера, где Ь„н является комплексным коэффициентом передачи тока эмиттера, модуль которого уменьшается с ростом частоты.
В результате схема принимает вид, показанный на рис. 4.29, а. При расчете низкочастотных схем емкостными токами пренебрегают и считают, что усилительные свойства транзистора можно учитывать частотно независимым генератором тока Ьггб?с гггг гб йггггэ - лги1г Э К Б Б Э б Рнс. 4.29 При включении транзистора по схеме с ОЭ в физической эквивалентной схеме (рис, 4.29, б1 вместо генератора тока Ь„г1, включают частотно зависимый генератор тока 1гн,1Р учитывающий передачу тока из цепи базы в цепь коллектора.
4.7. Работа нзистора а усилительном режиме Этот генератор на низких частотах заменяют частично независимым генератором тока й,и1. Замена генератора лзб1, на генератор Бть1 должна быть эквивалентной, то есть независимо от того, какой генератор работает в схеме, напряже* ние холостого хода (при 1„= 0) на выходе схемы не должно изменяться. Для этого сопротивление г„заменяют сопротивлением г„, а емкость С, заменяют емкостью С„' с тем, чтобы выполнялось условие й„б1.г.
= й .1 г„. (4.81) Учтем, что при 1„= 0 выполняется условие 1, = 1б. Поэтому из (4.81) следует г»' = (1 Ьиб)д» (4.82) Постоянная времени коллекторной цепи при замене генератора тока также долж- на сохраниться неизменной, то есть г'„С'„= г„С„. Следовательно, (4.83) Связь параметров физической эквивалентной схемы с Ь-параметрами Для расчета усилительных свойств транзистора с помощью физических эквивалентных схем необходимо знать численные значения параметров схемы, которые непосредственно измерить невозможно. Однако их можно выразить через л-параметры, которые всегда приводятся в справочниках.
Кроме того, л-параметры легко определить по статическим характеристикам транзистора. Учтем, что ('б О Ь,и = — б при(1„=0; б 1„ а Ь = —" при1б=О; У„ ('б а Ь, = —" при1б=О. б» Из схемы, показанной на рис, 4.29, б, следует: Пб 1б [гб + (1 + Ьб1 )г Следовательно, Ь„, = г,'+(1+ л,и)г,.
(4.84) Пренебрегая гб, можно записать л,ь 1бл,г,. При 1, = 0 напряжение (1, равно (1„=1,(г', + г,). 252 Глава 4. Биполарные транзисторы и тиристоры Следовательно, 1 1 1„' +гэ гк «.85) Подставляя (Гб и (Г„в формулу для расчета Ь„„получаем т» Учитывая, что т, «г'„, и принимая во внимание (4.85), получаем "1ь = ' Ьм' (4.86) Параметры физической эквивалентной схемы находят из полученных уравнений. Из (4.86) получаем Ь,„ Ь„, Из (4.85) получаем 1 Ь 2Ь (4.88) Из (4.84) получаем гб Ь!а (1+Ь21э)~э' Учитывая (4.87), получаем Ьсь (4.89) Таким образом, формулы (4,87), (4.88) и (4.89) позволяют рассчитать параметры физической эквивалентной схемы, располагая численными значениями Ь-пара- метров, определенными по характеристикам транзистора.
П-образная эквивалентная схема Рассмотренные эквивалентные схемы по своей структуре являются Т-образными. В последнее время в связи с применением полевых транзисторов, эквивалентная схема которых имеет П-образную структуру, получила раСпространение П-образная эквивалентная схема биполярного транзистора. Т-образную эквивалентную схему можно преобразовать'в П-образную путем подключения генератора тока параллельно выходным зажимам (рис.
4.30). В этом случае генератор Ь„,1, зависящий от входного тока, заменяют генератором у„„(),, „зависящим от входного напряжения.,Параметр ута называют крутизной коллекторного тока. Он показывает, как влияет изменение входного (управляющего) напряжения на коллекторный ток, и измеряется в мнллиамперах на вольт. 4.8. Сравнение усилительных свойств транзистора в различных схемах гБЗ Полагая, что постоянная составляющая тока коллектора равна 1 = а1 + 1к Г, и учитывая, что постоянный ток 1 зависит от постоянного напряжения (!б по зкспоненциальному закону, нетрудно установить, что уик =а кб и, а 1 (4.90) к к тк К б Гб !б Б Гк Рис.
4.30 При замене генератора необходимо иметь в виду, что в Т-образной схеме через резистор г, проходит ток 1„создающий между точками Б' и Э напряжение Ц, = 1,Г,. В П-образной схеме напряжение (!б „приложенное к эмиттерному переходу, должно сохраниться таким же, как и в Т-образной схеме. В этом случае генератор тока убь(!б,, создаст во внешней цепи такой же ток 1к, который был в Т-образной схеме.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
