ГЛАВНАЯ
БАЗЫ ДАННЫХ
ИНФОРМАЦИОННЫЕ
СИСТЕМЫ
  УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ   
ИНФОРМАЦИОННЫЕ СЕТИ
ЭЛЕКТРОНИКА
КОМПЬЮТЕР
ЗАРАБОТАЙ В СЕТИ
 
 


Яндекс цитирования

Besucherzahler dating websites
счетчик посещений





Rambler's Top100

 

 

 

 

Усилительные каскады на биполярных транзисторах с ОЭ, с одним источником питания Ек, с автоматическим смещением рабочей точки в режиме класса А, без температурной стабилизации рабочего режима.

Рассмотрим две простейшие схемы усилительных каскадов с общим эмиттером без температурной стабилизации рабочего режима в классе А с одним источником питания Ек (рис. 1.5.1).

 1.5.1. Режим покоя. Все транзисторные каскады предварительного усиления, подобно аналогичным ламповым вариантам, работают в режиме класса А, при котором положение рабочей точки в режиме покоя (при Uвх = 0) выбирается на середине линейного участка динамической переходной характеристики. При этом постоянное напряжение смещения между базой и эмиттером Uбэ0 = const составляет доли вольта: (0,2 - 0,4) В для германиевых транзисторов и (0,4 - 0,7) В для кремниевых транзисторов, оно создается в режиме покоя в первой схеме (рис. 1.5.1, а) фиксированным током базы Iоб = (Ек - Uбэ0) / Rб Ек / Rб, проходящим в базовой цепи через входное сопротивление транзистора rвх тр-ра = rб + (1 + b) * rэ, резистор Rб Ек / Iб0 и источник питания Ек.

Рис. 1.5.1. Две схемы транзисторных усилительных каскадов (а, б), работающих без температурной стабилизации, с одним источником питания в режиме класса А

 

Во второй схеме усилительного каскада (рис. 1.5.1, б) положение рабочей точки в режиме покоя фиксируется постоянным напряжением смещения Uбэ0 = Ек * R1 / (R1 + R2) с помощью делителя напряжения R1 и R2, через которые проходит ток делителя Iд=(2 - 5)*Iбо, создавая на R1 необходимую величину Uбэ0 = доли вольта.

Если в первой схеме на неизменность величины Uбэ0 влияет изменение Iб0 вследствие изменяющегося температурного режима, то во второй схеме величина тока делителя Iд не изменяется при колебании температуры.

Однако второй способ фиксации рабочей точки с делителем напряжения имеет недостаток, заключающийся в том, что для переменной составляющей входного тока уменьшается суммарная величина входного эквивалентного сопротивления каскада Rвх к-да = Rб || rвх тр-ра так как Rб = R1 || R2, шунтируя входную цепь каскада, уменьшает его входное сопротивление. Это обстоятельство требует увеличения сопротивлений R1 и R2, вызывая нежелательное уменьшение необходимой величины тока делителя Iд, и соответственно уменьшая Iбо.

Учитывая это, на практике берут (R1 || R2) > rвх тр-ра. При этом

R1=Uбэ0/Iд, R2 = (Ек - Uбэ0)/(Iб0 + Iд).

Анализ работы транзисторного усилительного каскада осуществляется графоаналитическим методом, подобно ламповому варианту (рис 1.5.2).

На графике (рис 1.5.2) видно, что в режиме покоя при Uвх = 0, когда во входной базовой цепи течет базовый ток покоя Iб0 в выходной коллекторной цепи течет постоянный ток покоя коллектора Iк0 = (Ек - Uкэ0)/Rк, где Uкэ0 = Ек - Iк0 * Rк является нагрузочной линией по постоянному току, а сопротивление нагрузочного резистора в коллекторной цепи Rк = (Ек - Uкэ0)/Iк0, определяется графоаналитическим способом и выбирается такой величины, чтобы линия нагрузки проходила под углом a = arctg(1/Rк) ниже гиперболической кривой допустимой мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора Iк = Pк / Uк э.

Таким образом, нагрузочная линия будет построена в отрезках на осях координат по двум точкам. Первая точка в режиме холостого хода при Iк = 0, Uкэ = - Ек, а вторая точка в режиме короткого замыкания на выходе при Uкэ = 0; Iк = Ек / Rк.

 

1.5.2. Динамический режим.

В динамическом, т. е. рабочем, режиме усилительный каскад с общим эмиттером без температурной стабилизации работает следующим образом. При подаче входного сигнала uвх = Umвх*sinwt во входной цепи будет изменяться базовый ток iб = Iб0 + I* sinwt, вызывая изменение коллекторного тока iк = Iк0 + I * sinwt и соответствующее изменение выходного напряжения, снимаемое с коллектора и равное uвых = uкэ = Uкэо + Umкэ * sin(wt - p), отстающее по фазе от входного напряжения на 180.

 

Рис. 1.5.2. Графический анализ работы транзисторного усилительного каскада с ОЭ в классе А, с одним источником питания

 

Коэффициент усиления каскада при Rк = Rн без дополнительной внешней нагрузки и без учета влияния датчика входного сигнала ег и Rг

а) по напряжению

б) по току

в) по мощности

Входное и выходное сопротивления каскада при указанных выше ограничениях и без учета малой величины емкостного сопротивления конденсатора, включенного во входную цепь каскада, можно определить по следующим формулам:

так как Rб rвх тр-ра;

так как дифференциальное сопротивление обратно смещенного коллекторного n-р-перехода rк >> Rк.

Полезная выходная мощность усиленного сигнала, выделяемая на резисторе Rк, будет равна

Рролезн = Рвых = IкUкэ = Umкэ = 0.5 I2 Rк

1.5.3. Динамические параметры транзисторного усилительного каскада с учетом датчика и внешней нагрузки.

Если к выходу усилительного каскада через разделительный конденсатор Ср2 подключить дополнительную внешнюю нагрузку Rн, а на вход каскада датчик входного сигнала с ЭДС ег и внутренним сопротивлением Rг, как это показано на рис. 25, то эквивалентная величина сопротивления нагрузки Rн экв будет равна Rн экв = Rк || Rн = Rк * Rн / (Rк + Rн). При этом показанная на графике (рис. 1.5.2) пунктиром нагрузочная линия, проходящая через фиксированную рабочую точку Рт при заданных значениях Iбо и Iко, будет иметь больший угол наклона j величина I несколько увеличится, но Um кэ уменьшится.

На рис 1.5.3, б приведена эквивалентная Т-образная схема этого каскада по переменным составляющим токов и напряжений в области средних частот, а на рис. 1.5.3, в показана Т-образная эквивалентная схема этого усилительного каскада с h-параметрами.

Рис 15.3. Схема транзисторного каскада с ОЭ с датчиком входного сигнала с дополнительной нагрузкой Rн, с одним источником питания Ек (а) ; его Т-образная эквивалентная схема в области средних частот (б); его эквивалентная Т-образная схема с h-парзметрами в области средних частот (в)

 

Во входной цепи этой схемы усилителя изображен эквивалентный генератор входного переменного напряжения с ЭДС ег и внутренним сопротивлением Rг, а также эквивалентный генератор напряжения обратной связи (h12э * Uкэ), а в выходной цепи изображен эквивалентный генератор усиленного переменного тока (h21э*Iб) с внутренним сопротивлением rк = 1 / h22э, работающий на эквивалентную нагрузку Rн экв = Rк || Rн. Во входной цепи усилителя показаны еще входное сопротивление транзистора h11э и эквивалентное сопротивление делителя напряжения Rб = R1 || R2. В этой схеме пунктиром обозначена Т-образная эквивалентная схема транзистора.

Такие эквивалентные схемы дают возможность рассчитать Кi, Кu, Кр, Rвх к-да, Rвых к-да в рабочем режиме каскада в области средних частот, где пренебрегают влиянием разделительных конденсаторов и паразитных межэлектродных емкостей.

Имея в виду, что активный четырехполюсник транзистора при Rн экв << rк в h-параметрах описывается двумя основными уравнениями действующих значений входных и выходных напряжений и токов низкой частоты

U1 = h11э * I1 + h12э * U2; (1.5.1)

I2 = h21э * I1 + h22э * U2 (1.5.2)

и учтя при этом влияние внешних элементов ег, rг, rб во входной цепи и дополнительную нагрузку Rн в выходной цепи усилительного каскада, при которых входное напряжение, подаваемое на вход транзистора, равно Uвх = U1 = eг*Rб / (Rб + Rг) = eг - Iг*Rг), где Iг = ег / [Rг + (Rб || h11э)]; I1 = U1 / h11э, а выходное напряжение, снимаемое с эквивалентной нагрузки, равно Uвых = U2 = I2 * Rэкв, где выходной ток I2 = U2 / Rэкв; Rэкв = Rк || Rн || rк Rн экв = Rк || Rн, получим следующие расчетные формулы этого каскада:

1) входное сопротивление каскада с учетом Rг относительно ег

Rвх к-да = Rг + (Rб || h11э)

и входное сопротивление каскада относительно Uвх = U1 после Rг

Rвх к-да = Uвх/Iвх = U1/I1= Rб || h11э h11э = rб + (1 + b) * rэ = rвх тр-ра, так как Rб >> h11э;

2) выходное сопротивление усилительного каскада с учетом Rн и Rг

Rвх к-да = Uвых / Iвых = U2 / I2 = rвых тр-ра || Rн экв = Rн экв / (1 + h22э * Rн экв) Rн экв,

так как малой величиной h22э * Rн экв можно пренебречь;

3) коэффициент усиления по току

или приближенно при Rб >> rвх тр-ра = h11э можно принять

. При Rн = 0; Кi @ b.

4) коэффициент усиления каскада по напряжению

т. е. чем больше Rн экв и меньше Rг, тем больше Ku;

5) коэффициент усиления каскада по мощности

Kp = Rвых / Pг = Ki * Ku.

 
Hosted by uCoz