Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Иногда кроме !кгоах, под которым понимают длительный постоян. ный ток коллектора, указывают также максимально допустимый импульсный ток коллектора при заданной длительности импульса тока или заданной скважности импульсов. Максимально допустимое напряжение на коллекторе обуслов. лена возможностью лавинного пробоя коллекторного перехода, описанного ранее для диода. Для транзистора различают /к. два вида пробивных напряже/ ний: пробивное напряжение птах коллектор — база г1кно, измеат/ ряемое между выводами кол- лектора и базы, прн заданном обратном токе коллектора и токе эмиттера, равном нулю; граничное пробивное напряжение ((кэо.э, измеряемое между выво* дами коллектора и эмнттера при токе базы, равном нулю, и заданном токе эмиттера. Напряжение ((кэо,р может быть в 2 — 3 раза меньше ((кво. Объясняется это тем, что при увеличении напряжения О», возрастает коэффициент ймв.
Из выражения (5.32) видно, что при (э=0 и ймв= — 1, (э=ос. Кроме того, следует учитывать увеличение (кээ вследствие разогрева транзистора. Чаще всего ((кэо~р=20 — 40 В, но выпускаются также транзисторы, имеющие ((кэогр=70 В. Для мощных транзисторов, кроме того, указывают напряжение ((кэ»~„— постоянное напряжение коллектор — эмиттер при Й», меньшем некоторого значения, обычно 1 кОм для транзисторов средней мощности и 0,1 кОм для транзисторов большой мощности.
Классификация усилителей. Усилителем называют устройство, в котором мощность сигнала на выходе больше, чем на входе. Различают усилители больших и малых сигналов. Усилители малых сигналов — это усилители, в которых амплитуды напряжения или тока настолько малы, что используемый для усиления участок характеристики электронного прибора можно считать линейным. В усилителях больших сигналов может использоваться как линейная, так и нелинейная часть характеристик. При правильном выборе рабочей точки на линейной части характеристик линейными могут считаться усилители пе только малых, ио и больших сигналов. Транзисторные усилители можно сделать более линейными, чем усилители на электронных лампах.
Например, исключительно высока линейность семейства выходных характеристик в схеме с ОБ. Нелинейность же входных характеристик не имеет значения, если обеспечить управление током, а не напряжением. Когда усилитель поставлен в такой режим, что на его выходе создаются большие амплитуды тока и напряжения, он называется усилителем мощности. Любой транзисторный усилитель усиливает мощность, но усилителем мощности называется лишь такой, у которого выходная мощность сигнала сравнима с мощностью, потребляемой от источника питания. Мощность предпоследнего каскада в миогокаскадном усилителе может быть на порядок меньше мощности последнего каскада.
Однако и предпоследний каскад может считаться усилителем мощности, если в нем применен маломощный транзистор и отдаваемая им мощность сигнала сравнима с мощностью, потребляемой им от источника питания. Классификация режимов работы. В усилителях применяют режим работы Л илн В. На рис. 5.27,а показана зависимость коллекторного тока транзистора, работающего в режиме А, от времени. На рис. 5.27, б показан коллекторный ток при работе в режиме В, когда используются два транзистора, работающие поочередно. Нечетные полупериоды усиливает один транзистор, а четные — другой. Режим В сл 'к лср иср е и и а7 Х/ Рис.
8.27. Изменение коллекторного тока: а — при роботе в режиме А; Л вЂ” при работе в режиме В применяется только в двухтактных схемах усилителей мощности для повышения КПД. Коэффициентом полезного действия усилителя называют отношение мощности переменного тока на выходе усилителя Р к мощности Р=, поступающей от источника постоянного тока в коллекторной цепи: Ч =Р-7Р=. (5.3б) Рисунок 5.28,а и б иллюстрирует работу усилителя в режимах А и В соответственно для идеализированных характеристик тран- лик кср и ил гс'и и Е ск 7 кпама» т~и к кср с е7 Рис. 8.28, Работа а режимах А н В лри идеализированных характеристикаи с00 зистора. При работе в режиме А исходная рабочая точка А находится на середине линии нагрузки КЕ,.
Линией нагрузки является прямая, наклон которой соответствует сопротивлению нагрузки, включенному или пересчитанному в коллекторную цепь. Мощность, подводимая от источника питания, равна площади заштрихованного прямоугольника: Р==/к,„(/.. (5.37) Мощность переменного тока равна площади заштрихованного треугольника К'К"А или площади треугольника А/."Е,' Р =0,5/ „(/,.
(5.38) Таким образом, КПД усилителя тг=Р /Р==0,5у~. (5.39) где у = /гггх//яс р — коэффициент использования коллекторноео тока; $ = Кпгг/Кь (5.40) (5.41) 1О! — коэффициент использования коллекторноео наггряжения. Когда сигнал достаточно велик, !ггггг /к ср', (/ггггг 1/ю т. у=1; $=1. Отсюда следует, что предельно возможный КПД тран- зистора в режиме А г)гггах=0,5. Реальные выходные характеристики транзистора, включенного по схеме с ОЭ не позволяют получить коэффициент использова- ния тока т, равный единице, так как ток коллектора не может стать меньше тока /кэо, при котором наступает отсечка. Измене- ние коллекторного напряжения ограничивается слева напряжени- ем, при котором наступает насыщение, а справа — абсциссой точки пересечения липни нагрузки с характеристикой обратного тока коллектора.
В режиме В при обратном токе коллектора, равном нулю, и отсутствии сигнала коллекторный ток отсутствует. При наличии сигнала коллекторный ток имеет форму синусоидальных импуль- сов. Половина части периода, выраженная в градусах или радиа- нах, в течение которой ток не равен нулю, называется углом от- сечки. В режиме А угол отсечки 8=180', в режиме В 8=90'. Для сннусоидального импульса с амплитудой /я,„амплнтуда тока первой гармоники /гггкг = иг/кгггах, где аг=аг(0) — коэффициент первой гармоники.
Для 0=90' (ре- жим В) аг=0,5. Среднее значение тока коллектора /ксР= гса/итал, где аз=аз(8) — коэффициент постоянной составляющей. Для 0=- =90' (режим В) его=1/я. Подставляя эти значения в выражение для коэффициента использования коллекторного тока, получаем у= ушю()кср = сийм = я!2. Следовательно, КПД усилителя в режиме В т)= (л/4) й. '(5.42) При предельном значении коэффициента использования коллекторного напряжения ($=1) КПД усилителя в режиме В т)юзх —— =78 багз Характерной чертой режима В является высокая экономичность, характеризуемая малой потребляемой мощностью. Любой усилитель должен передавать без искажений сигнал с возможной максимальной амплитудой.
Однако большую часть времени амплитуда сигнала в несколько раз меньше максимальной. Так как в режиме В потребляемая мощность пропорциональна амплитуде передаваемого сигнала, а в режиме А — максимальной амплитуде, режим В но много раз экономичнее режима А. Это имеет особо важное значение при питании усилителя от батарей гальванических элементов или аккумуляторов. Вернемся к вопросу выбора рабочей точки усилителя. Предположим, что выбрана исходная рабочая точка, например точка М нв рис. 5.26. Для того чтобы состояние транзистора в отсутствие сигнала соответствовало точке М, нужно обеспечить протекание через змиттер определенного тока !з.
В схеме с ОБ (см. рис. 5.21) это достигается выбором сопротивления в цепи эмиттера )(»= (Еэ-Ув) (уэ. (5.43) Ток !и~!э, соответствующий точке М (см. рис, 5,26), определяется по выходной хзрзктеристнке. Зная !э, находим напряжение змиттерз Уэ по входной характеристике, Для гермвниевого транзистора обычно Уз=0,2 В н можно считать, что )1. = Еэ/!э. (5.44) При этом входной характеристикой можно не пользоваться. Для кремниевого транзистора также можно не пользоваться входной хврэктеристниой, в в формулу (5.43) подставить значение Узмо,у В.
При этом погрешность в определении )(э невелика. Выбор рабочей точки нв середине отрезка линии, проведенной через максимвльно допустимые илн близкие к ним значения коллекторных тока и нзпряжения, целесообразен только для усилителей мощности с включением нагрузки через трансформатор. Покажем это нз примере взрьнрования выбором положения рабочей точки (рис. 5.29) маломощного транзистора, у которого Ри ° =50 мВт, !ям =20 мА н Увмег=10 В.
Рабочую точку для такого транзистора можно выбрать нв середине линии, проходящей через Увы»» и !я ., Например, если взять ноллекторное сопротивление )с»=Ухе»»(!им»»=05 кОм, то в рабочей точке при на. пряжении источника питания У =10 В Уи =Унта*(2=5 В и !я», =» =!им»»(2 10 мА. Этэ точка обозначена Мь Казалось бы, такой транзисторный усилитель обеспечивает максимально большие для данного транзистора амплитуды выходных тока и напряжения, Однако если подключить к такому усилителю внешнее сопротивление нагрузки, роль которого, например, может выполнять входное сопротивление следующего каскада, то нетрудно заметить, что выбранная рабочая точка является неудачной.
Предположим, что внешняя нагрузка подключена через разделительный 102 К гв гl бг б к В г б В В а.В в и ги и к ' к к к а1 в1 Рис. 5.29. Различные положения рабочей точки на координатной сетке для вы- ходных характеристик где Л, — сопротивление, иногда включаемое в сопротивление шувтируется достаточно большой — напряжение питания. Эти уравнения иллюстрируются рис.
5.29, б, для переменного тока проведена через точку эмнттерную цепь, причем зто емкостью; )1к =1с - =Й )~1(к' на котором нагрузочная линия М с координатами Ук", !и и 103 конденсатор с достаточно большой емкостью и имеет такое «ке значение, как и сопротивление )1«, т, е. )с „ =)1 =0,5 кОм, Очевидно, что при таком соотношении между Й и 11„во внешнюю нагрузку ответвляется только половина переменной составляющей тока коллектора, Сразу следует отметить, что при подключении внешней нагрузки линия нагрузка для переменного тока отличается от линии нагрузки для постоянного тока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
