Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Резистивный элемент КБ показан пунктиром, так как его обычно не учитывают вследствие того, что сопротивление резистора ЯБ значительно больше входного сопротивления Ь! ! транзистора. Для определения коэффициента усиления рассмотрим уравнения для входной и выходной цепей усилительного каскада с общим эмиттером, составленные на основе схемы замещения рис.3.7,д: (3.5) ~!! + ~Б 12б и2ги !вх МЛХ ~ 1 ~ Ри Э ! а) б) Рис 3.7 Схема замещения усилительного каскада с общим эмитгером (а), схема этого каскада для определения входного сопротивления (б) (3.6) СчитаЯ АБ » 7!11, !вх !ц уравнения в виде и Ан » АК, можно записать эти вх 11 вх (3.5а) 621 !вх +Ь22 ивмх 1- — — 0 (3.6а) Решая совместно эти уравнения, получим ивх ~!2! вых — ~ ~ + (3.7) Знак «минуса в выражении (3.7) означает, что выходное напряжение находится в противофазе с входным. Поэтому в дальнейшем направление и„,х на схемах рассматриваемого усилительного каскада изменено на противоположное.
С помощью выражения (3.7) нетрудно получить формулу для коэффициента усиления по напряжению ненагруженного усилительного каскада с общим эмиттеРом ( Ан»Ак ): (!вмх п21 АК вЂ” — Кеу с/~ А!1 (! л22 К ) (3.8) Так как 622 =10 5+ 10 6 См, а АК = 10~+ 1О Ом, то Ь22 АК «1. Поэтому я ~!21 АК Ь х (3.9) 127 Это выражение показывает, что коэффициент усиления по напряжению рассматриваемого усилительного каскада пропорционален коэффициенту усиления по току Ь2! транзистора и отношению сопротивления коллекторного резистора А!с и входного сопротивления 7!! ! транзистора.
По схеме замещения рис.3.7,а легко можно найти входное сопротивление усилительного каскада с общим эмиттером на низких частотах; д — Б !! (3.10) ~Б+"! ! При определении входного сопротивления на высоких частотах необходимо учитывать емкость Ск коллекторного р-и-перехода (см. рис. 3.7,б) Сопротивление емкостного элемента, включенного между коллектором и базой, на высоких частотах становится сравнительно небольшим. Ток через него, замыкающийся через резистор Ак и источник питания Ек, соизмерим с током !~, обусловленным входным !!' сопротивлением транзистора. С учетом этого входной ток '~вх ЯБ 6! ! СК (3.11) !де АРАБ ~ вх''~ ~я! ! ~~вл~~~ Ток, обусловленный емкостью С!- коллекторного р-л-перехода (см.рис.3.7 г): ~г'к = = И!РБ !Рэ) Мк МЬв~ ~к = ((7вх (~вых ) у" к. (3 2) 1~ив Ск Так как в соответствии с выражением (3.8) выходное напряжение ~ск = (~вх (1+х.их)~У"Ск.
(3.12а) Используя выражения для токов, можно получить формулу для входного сопротивления усилительного каскада с общим эмиттером: 2 „— ~'вх , (3.10а) 1вх ЧЯ ! 1% +(1+К „)/ОС ЯБ~~!! +уоС „ Б !! где С„= (1+К!, ) Ск — входная емкость усилительного каскада с общим эмиттером. Как видно из схемы замещения рис.3.7,а, выходное сопротивление усилительного каскада с общим эмиттером определяется выражением л.й (3.13) кк+14~2 1+ 622Ак 128 Входное сопротивление усилительного каскада с общим эмиттем обычно имеет значение порядка нескольких сотен ом Выходное ром сопр противление обычно больше входного.
Низкое входное и высокое вых , одное сопротивление создают значительные трудности при работе У е усилительного каскада с высокоомным источником усиливаемой ~дС (см.рис.3.3) и низкоомным нагрузочным устройством. В этом лучае входное напряжение усилительного каскада может быть значительно меньше ЭДС е,х, так как на входе усиливаемого каскада образуется делитель напряжения А„, А,„с небольшим значением А,„: пнх ~нх (3.14) Авт Авх Если сопротивление Ан нагрузочного устройства, включенного по переменной составляющей напряжения параллельно коллекторному резистору Ак, значительно меньше сопротивления Ак, то коэффициент усиления по напряжению усилительного каскада существенно снижается: Х!1= Ь2!АнlЬ! !.
Указанные обстоятельства необходимо учитывать при использовании усилительных каскадов с общим эмиттером. Следует отметить, что эти усилительные каскады усиливают не только напряжение, но также ток и мощность. Задача 3.1. На рис.3.8,а приведена схема усилительного каскада с общим эмиттером на транзисторе ГТ322А. Рассчитать сопротивление резистора АБ, при котором рабочая точка в режиме покоя усилителя будет находиться на середине линейных участков входной и переходной характеристик, если ЕК= 10 В и АК = 1 кОм. Определить коэффициенты усиления по напряжению Х~, по току Х~, по мощности К,„а также входное А, и выходное А„„сопротивления усилительного каскада.
Входная и выходные характеристики транзистора ГТ322А приведены на рнс.3.9. Значения егор-параметров: й!! = 330 0м,й2! = 56,622=625 !О БСм. Р е ш е н и е. На семействе выходных характеристик 1К ( с1К) транзистора ГТ322А (см. рис.3.9,б) проводим линию нагрузки, соответствующую А = 1 кОм, с помощью которой можно построить "ереходную характеристику. Линейный участок этой характеристики соответствует диапазону 0 < 1Б < 200 мкА. Входная характеристика (см.рис 3.9,а) линейна при 1Б > 80 МКА. Таким образом, обе харак'.- Р"стики линейны при80 < 1Б < 200 мкА.
Поэтому рабочую точку вы"Раем пРимеРно в сеРедине линейного Участка пРи 1Бп — — 150 мкА, что ответствует (1Кп 3,0 В и 11Бп — — 340 мВ. Для выбранного тока 1Б„=150 мкА сопротивление АБ — К Бп — 64,4 кОм. Š— У 1 Бп -Ек 1вх -(в 2Б и, УК,.ИА 12 1Б,и кА Зоо 10 250 150 50 ы0 зго УБ,мВ 0 2 4 6 Я !0УК,В п) б) Рис 3 9 Входная (а) и выходные (б) харак герис1ики гранзис1ора ГТ322Л По схеме замещения усилительного каскада (см.рис 3.8,б) можно лег- ко рассчитать значения сопротивлений и коэффициентов усиления: )~Б+ н1! Я 'К !'~22 'К = 1ко', ~К + ~~~22 1~~22 ~К К Увых 2! К вых 2! К Е~вх л11 ~Б Л11 (1+~!22.!х К) К живых живых ~Б )!11 !!21 )~Б = 52,5, ~вх (.
ех ®Б !!!!ЯК ()~Б ~!1! )(1 ~!22 )~К ) К,, =К!2К2 = 8400. Задача 3.2.* Определить коэффициент усиления по напряжени!с К!2ненагруженных ( Л„= с ) усилительных каскадов на различных биполярных транзисторах (БПТ) с общим эмиттером, если )хк — — 1кОм а Ь-параметры биполярных транзисторов (БПТ) равны 130 Рис 3 8 Схема усилительно!о каскада с общим эмиттером (и) и его схема замещения (б) Рис 3 11 Усилительный каскад с об- щим эмиттером (к задаче 3 4) Р е ш е н и е. Доступный коэффициент усиления, учитывающий влияние внутреннего сопротивления Я источника усиливаемого сигнала, определяются по формуле ~(/дост — ~~/ )~вх ~вт тхБ+ 1! ! ! т! ! ! (1+л22 тхК ) Задача 3.5.
В усилительном каскаде с общим эмиттером (рис 3 11) используется биполярный транзистор, имеющий следующие значения параметров Ь1! = 900 Ом, Ь2! = 50, lг22= 16.10 5См Определить выходное напряжение и выходное сопротивление этого каскада, если ЭДС источника входного сигнала Е,х= 8 мВ, его внутреннее сопротивление Л, = 300 Ом, сопротивление АК = 3 кОм, а !сБ» !!! ! . Р с ш е н н е Входное напряжение Евх Ь! ! 8 900 6 мВ. Я~т+ /г! ! 1200 Выходное напряжение Еу =,!с' Е~ = 2! К вх =1126.6.
10 3 = 0675 В Л й и! ! (1+л22тхК) Выходное сопротивление ~вых ~!к41+л22Як)=3000Я(1+ ! 6 10 3! 0-) = 2027 Ом 132 3.3. ТЕМПЕРАТУРНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ Существенным недостатком биполярных транзисторов является зависимость их параметров от температуры. При повышении температуры транзистора увеличивается коллекторный ток за счет возрастания числа неосновных носителей заряда в полупроводнике.
Это приводит к изменению коллекторных характеристик транзистора, что вызывает смещение рабочей точки и возможность выхода ее за пределы линейного участка переходной характеристики. Для уменьшения влияния температуры на работу усилительного каскада с общим эмиттером в цепь эмиттера включают резистор АЭ, шунтированный конденсатором СЭ (рис. 3.12). В цепь базы для создания начального напряжения смещения ГБэ между базой и эмиттером применен делитель 1с'Б, 1х "Б.
Напряжение с1Бэ зависит от сопротивлений резисторов (1БЭ= К"'Б ЛЭ1Э, (3.15) 1~ Б+и Б При наличии резистора МЭ увеличение эмиттерного тока 1Э вЂ” -1 + 1К из-за повышения температуры приводит к возрастанию падения напряжения на резисторе 1сэ. Это вызывает снижение потенциала базы по отношению к потенциалу эмиттера [см.формулу (3.! 5)1, а следовательно, уменьшение токов 1Э и 1К. Ясно, что уменьшение коллектор- ного тока под действием резистора 1хЭ не может полностью скомпенсировать рост его за счет повышения температуры, но влияние температуры на ток 1к при этом во много раз снижается Введение резистора Вэ при отсутствии конденсатора изменяет работу усилительного каскада не только в режиме покоя, но и при наличии входного напряжения.
Переменная составляющая эмиттерного тока создает на резисторе падение напряжения иэ — -Яэ~э, которое уменьшает усиливаемое напряжение, подводимое к транзистору БЭ пвх 1~Э 'Э (3.16) +Ех Рис 3 12 Усилительный каскад с эмнттерной температурной стабилизацией 133 Коэффициент усиления усилительного каскада при этом будет уменьшаться.
Явление уменьшения усиливаемого напряжения называется отрииатедьной обратной связью. Под обратной связью понимают передачу части выходного сигнала усилителя на его вход. Если эта передача снижает усиливаемое напряжение, то обратную связь называют отрицательной. Для ослабления отрицательной обратной связи параллельно резистору включают конденсатор С~ . Емкость конденсатора С~ выбирают таким образом, чтобы для самой низкой частоты усиливаемого напряжения его сопротивление было много меньше Л~ (обычно Х,-3 =О,1 В~ ). При этом падение напряжения на участке 1хэ,Сэ от переменной составляющей 1э будет незначительным, поэтому усиливаемое напряжение практически равно входному напряжению иБЭ = и, .
Задача З.б. Определить емкость конденсатора С~ усилительного каскада с температурной стабилизацией (рис. 3.12), если известно, что Я~ — — 3 кОм, а самая низкая частота усиливаемого напряжения ~н=50 Гц. Ответ: Сэ= 10 мкФ. 3.4. УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ Схема усилительного каскада с общим коллектором (каскад ОК) приведена на рис. 3.13. В этом каскаде основной резистор, с которого снимается выходное напряжение, включен в эмиттерную цепь, а коллектор по переменной составляющей тока и напряжения соединен непосредственно с общей точкой усилителя, так как падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника коллекторного напряжения от переменной составляющей тока незначительно. Таким образом, можно считать, что входное напряжение подается между базой и коллектором через конденсатор С, а выходное напряжение, равное падению напряжения на резисторе Аэ от переменной составляющей эмиттсь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
