Реферат усилители на биполярных транзисторах
Обновлено: 30.06.2024
Электронный усилитель в общем случае состоит из отдельных каскадов, соединенных между собой последовательно, смотри рисунок 4.2.
Рисунок 4.2 – Структурная схема усилителя
Функция передачи всего усилителя равна произведению функций передачи отдельных (i-х) каскадов рассчитывается по формуле (4.14)
откуда следует, что амплитудно-частотная характеристика усилителя является произведением АЧХ каскадов, а фазочастотная характеристика – соответственно суммой их ФЧХ, смотри формулы (4.15)
Рассмотрим усилительный каскад на биполярном транзисторе с общим эмиттером (ОЭ), показанный на рисунке 4.3 и семейства выходных вольтамперных характеристик на рисунке 4.4.
Рисунок 4.3 - Усилительный каскад на биполярном транзисторе с общим эмиттером (ОЭ)
Рисунок 4.4 – Рабочий сектор семейства выходных ВАХ
Каждый каскад состоит из одного или нескольких основных активных элементов (транзисторов) и вспомогательных элементов, обеспечивающих режим по постоянному току (режим покоя) активных элементов, что требуется для работы каскада в линейном режиме.
Усилительный каскад состоит из:
ЕП – источник постоянного тока;
Еr - источник переменного тока;
RК – нагрузка усилителя по постоянному току;
RН – нагрузка усилителя по переменному току;
RЭ – элемент для повышения стабильности рабочей точки усилителя по постоянному току; кроме того RЭ по переменному току не должно оказывать влияния на работу схемы и для этого существует СЭ – на частотах усиления сопротивление СЭ должно быть минимальным;
RЭ СЭ – цепь эмиттерной термостабилизации;
СР – для отделения цепей по постоянному току (гальванически);
RБ2 – является нагрузкой предыдущего каскада по переменному току, можно обойтись и без него, но без него работа транзистора сильно зависит от температуры окружающей среды;
RБ1 RБ2 – делитель, используется для задания IБ в рабочей точке, на базу с помощью делителя подается постоянное напряжение той же полярности, что и на коллектор. Также для исключения влияния внутренних токов транзистора на работу схемы. Для стабильности работы схемы при изменении температуры Iд=2,5 IБmax.
Расчет каскада сводится к выбору точки покоя на статической линии нагрузки, определению величин резисторов по заданным параметрам нагрузки, например, Um вых и Rн, и напряжению источника питания EП. Выбор рабочей точки осуществляется по постоянному току, но это обеспечивает работу усилительного каскада по переменному току.
Выбранная точка покоя (рабочая) должна обеспечить требуемую величину тока и напряжения на нагрузке без нелинейных искажений и удовлетворять предельным параметрам транзистора. Она характеризуется значениями тока и напряжения коллектора при отсутствии входного сигнала ( на рисунке 4.4) и должна располагаться в рабочем секторе семейства выходных характеристик.
Рабочий сектор семейства выходных ВАХ биполярного транзистора, образующего усилительный каскад, ограничивается, с одной стороны, участками с нелинейной зависимостью между выходным и входным сигналами ( – режим отсечки; – режим насыщения), а с другой стороны, участками, где возможен электрический ( ) или тепловой пробой (при рассеиваемой транзистором мощности больше допустимой ). В пределах рабочего сектора положение рабочей точки определяется требованиями к параметрам каскада - коэффициент усиления, потребляемая мощность, максимальная выходная мощность, КПД и др.
Ток покоя находим из выражения (4.16)
Напряжение покоя обычно выбирается из равенства (4.17) чтобы обеспечить максимальное выходное напряжение без искажений
Уравнение статической линии нагрузки (4.18)
Построение статической линии нагрузки для усилительного каскада, смотри рисунок 4.5, показано на рисунке 4.6 (линия ав). Задаем, как данные, значения ЕП и IК в зависимости от размера предполагаемого усиления данного каскада. В рабочем секторе строим нагрузочную прямую, угол наклона которой определяется в зависимости от амплитуды выходного сигнала. На нагрузочной прямой задаем рабочую точку (покоя), причем задаем посередине, т.к. необходимо сформировать положительные и отрицательные полуволны и так, чтобы не было искажений сигнала (нарисовать зависимость UКЭ от времени – по поводу искажений выше UКЭмах и ниже 0).
Линию нагрузки можно построить в координатах Iк, Uкэ по двум точкам. Одна из них - точка покоя П, координаты которой определены. Вторая может быть получена согласно уравнению - если принять Iк=0, то Uкэ=EП.
Чтобы обеспечить заданный режим покоя, надо рассчитать величины Rк по формуле (4.19), RБ по формуле (4.20) и IБп по формуле (4.21)
Рисунок 4.5 – Усилительный каскад каскад на биполярном транзисторе с общим эмиттером
Рисунок 4.6 - Линии нагрузки для усилительного каскада
При работе каскада в режиме холостого хода и iвх=Imвхsinwt рабочая точка перемещается по статической линии нагрузки в обе стороны от точки покоя. Амплитуда переменной составляющей напряжения коллектор-эмиттер или равного ей выходного напряжения не может быть больше EП/2.
Ток базы и напряжение коллектор-эмиттер определяем по формулам (4.22), (4.23)
При работе каскада на нагрузку в коллекторную цепь параллельно Rк включается Rн. Поэтому режим работы каскада меняется. Рабочая точка перемещается по динамической линии нагрузки, смотри уравнение (4.24)
Динамическая линия нагрузки должна проходить через точку покоя П (частный случай - Diкэ=0). Вторую точку можно получить, задавшись приращением Diк и подсчитав изменение напряжения DUкэ относительно координат точки покоя. Динамическая линия нагрузки показана на рисунке 4.6 (c-d). Очевидно, что угол между осью Uкэ и динамической линией нагрузки тем больше, чем меньше Rн (при Rн=0 он составит 90°). В связи с этим предельная амплитуда выходного напряжения Uвых пр с уменьшением Rн становится меньше Eк/2. Это может вызвать появление нелинейных искажений. Если заданное значение Um вых, больше, чем Uвых пр, чтобы избежать нелинейных искажений, надо сместить точку покоя. Увеличивают Iкп и анализ повторяют.
Динамические параметры каскада показаны в выражениях (4.25) – (4.27)
При увеличении температуры окружающей среды у биполярного транзистора уменьшается напряжение открытого эмиттерного p-n-перехода и увеличивается тепловой ток закрытого коллекторного p-n- перехода, а также коэффициент передачи эмиттерного тока , в результате чего увеличивается ток коллектора , т.е. смещается рабочая точка
Название работы: Усилители на биполярных транзисторах
Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы
Описание: Электронными называют усилители электрических сигналов с регулирующими элементами на полупроводниковых или электровакуумных приборах. По виду сигналов для усиления которых предназначен усилитель: усилители гармонических сигналов при построении усилителей гармонических.
Дата добавления: 2015-01-29
Размер файла: 285.29 KB
Работу скачали: 34 чел.
Подготовил студент группы КС-14-1
1. Виды транзисторных усилителей
Электронными называют усилители электрических сигналов с регулирующими элементами на полупроводниковых или электровакуумных приборах.
Прежде чем описывать специфику работы конкретных усилительных каскадов на транзисторах, следует получить четкое представление о том, каково основное предназначение данных каскадов. Ведь усиливаться могут различные показатели электрических сигналов и при различных ограничениях и условиях. Да и само понятие "усиление" иногда требует пояснения.
В общем, возможна классификация усилителей по очень большому количеству признаков, относящихся как к виду выполняемых ими функций, так и к качеству или способу выполнения этих функций. В дальнейшем мы будем придерживаться следующего разделения усилителей на группы.
По виду сигналов, для усиления которых предназначен усилитель:
· усилители гармонических сигналов (при построении усилителей гармонических сигналов важнейшим является обеспечение минимального уровня вносимых в сигнал искажений);
· усилители импульсных сигналов (усилители импульсных сигналов обычно используют различные ключевые режимы работы транзисторов, здесь важнейшим фактором является минимизация задержек фронтов и спадов усиливаемых сигналов, а также устранение паразитных выбросов токов и напряжений, неизбежно возникающих при прохождении таких сигналов через каскады усиления).
По способности усиливать постоянные и переменные сигналы:
· усилители постоянного тока (усилители, обладающие способностью усиливать весьма медленные колебания, в том числе и нулевой частоты, даже в том случае, если они в первую очередь предназначены для усиления мощности или напряжения переменных сигналов);
· усилители переменного тока (прочие не обладающие способностью усиливать сигналы нулевой частоты усилители).
По диапазону частот, на которые рассчитан усилитель:
· усилители низкой частоты ( УНЧ ); предназначены для усиления частот звукового диапазона (0,01. 20 кГц);
· усилители высокой частоты ( УВЧ ); предназначены для усиления сигналов в радиочастотном диапазоне;
По соответствию вида амплитудно-частотной характеристики полосе частот рабочего сигнала:
· узкополосные усилители ; на практике принято называть усилитель узкополосным, если полоса пропускаемых частот уже, чем это минимально необходимо для качественного воспроизведения спектра усиливаемого сигнала (узкополосные УНЧ имеют полосу пропускания менее 2,5. 3 кГц ; узкополосные УВЧ, например, для применения в телевидении, обладают полосой пропускаемых частот 4,5. 5 МГц , что меньше минимально необходимого для качественного воспроизведения телевизионного сигнала);
· широкополосные усилители (часто для уменьшения нелинейных искажений и повышения устойчивости усилителя выгодно реализовывать в нем максимально широкую полосу пропускания, гораздо шире, чем это реально необходимо для всех возможных частот рабочего сигнала);
По форме амплитудно-частотной характеристики:
· избирательные или резонансные усилители (имеют частотную характеристику полосового фильтра или резонансного колебательного контура);
· апериодические усилители (имеют частотную характеристику, по форме напоминающую характеристику LС-цепи , т.е. плавно убывающую по мере роста частоты).
По усиливаемому электрическому показателю (данный признак классификации имеет в виду предназначение усилителя):
· усилители напряжения (определяющим свойством усилителя является усиление напряжения);
· усилители тока (определяющим свойством усилителя является усиление тока);
· усилители мощности (под усилителем мощности обычно понимается усилитель или его оконечная выходная часть, рассчитанная на отдачу в цепь внешней нагрузки определенной мощности при заданной величине входного сигнала).
2.Усилители мощности на биполярных транзисторах
Предлагаемый усилитель имеет низкий уровень нелинейных искажений и способен обеспечить номинальную мощность до 70 Вт в нагрузке сопротивлением 4 Ом. Автор отказался от электронной защиты мощных транзисторов и АС, ограничившись включением плавких вставок в цепи питания, в целях исключения возможного срабатывания защиты на комплексной нагрузке. Впрочем, для повышения надёжности и мощности на плате предусмотрено размещение элементов для дополнительной пары мощных транзисторов.
Многие знают, как бывает трудно выбрать схему усилителя мощности среди большого разнообразия. Предлагаемый здесь УМЗЧ разрабатывался для широкого круга радиолюбителей, имеет достойные внимания технические характеристики и обеспечивает естественное и детальное звучание. Он относительно не сложен в сборке и настройке, не требователен к деталям, устойчив и надёжен.
Схема одного канала усилителя мощности показана на рис. 1. Параметры, приведённые ниже, измерены при использовании стабилизированного блока питания.
Номинальная выходная мощность, Вт,
на нагрузке сопротивлением 4 Ом. 70
Неравномерность АЧХ в полосе частот20. 20000 Гц,
Напряжение шума и фона при замкнутом входе, мВ,
Коэффициент гармонических искажений при номинальной выходной мощности в полосе 20. 20000 Гц, %,
Номинальное входное напряжение, мВ . 550
Выходное сопротивление (с цепью R29L1), Ом . 0,04
Выходной каскад, собранный на транзисторах VT10-VT15, представляет собой трёхступенчатый эмиттер-ный повторитель. Транзистор VT7 задаёт его ток покоя и осуществляет термокомпенсацию смещения для мощных транзисторов. Транзистор VT6 является источником стабильного тока для эмиттерного повторителя и цепи смещения на VT7. Цепь R28C15 предохраняет УМЗЧ от самовозбуждения на высоких частотах. Цепь L1R29 повышает устойчивость усилителя при ёмкостном характере нагрузки. Диоды VD7, VD8 защищают выходные транзисторы от напряжения обратной полярности, а резисторы R26, R27 повышают термостабильность режима. Конденсатор С7 - фазокорректирующий, он обеспечивает устойчивость усилителя при охвате его общей обратной связью (ООС).
В усилителе можно использовать следующие детали. Резисторы R26, R27 - керамические мощностью 5 Вт, R28, R29 - МЛТ-1, остальные - МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25. Резисторы R6, R7, R10, R11 следует подбирать с отклонением не более ±2%.
Конденсаторы С1, С5, С8, С11-С14 - К73-17; С4, СЮ, С15 - КМ-5, КМ-6 или К10-47; С2, С7 - керамические с нормированным ТКЕ, например, групп М75-М750. Диоды КД521В можно заменить на 1N4148. Возможные замены транзисторов: BD139 - на КТ817Г; BD140 - на КТ816Г. Мощные транзисторы 2SC5200, 2SA1943 заменимы на КТ8101, КТ8102; в крайнем случае возможно применение КТ819ГМ, КТ818ГМ. Катушка L1 - однослойная, с внутренним диаметром 10 мм, содержит 8 витков любого медного провода в лаковой изоляции диаметром по меди 0,7 мм. Рис. 2(а,б)
Мощные транзисторы устанавливают на теплоотвод с поверхностью около 800 см2 (в расчёте на один канал) через слюдяные прокладки. Для увеличения теплопроводности следует воспользоваться термопастой. Транзисторы VT12, VT13 также нужно устанавливать с небольшими теплоотводами площадью 10. 15 см2. Транзистор VT7, используемый как термозависимый источник напряжения смещения, должен быть размещён рядом с корпусом одного из мощных транзисторов и иметь с ним хороший тепловой контакт. Усилитель желательно смонтировать на шасси из немагнитного металла, соединённого с общим проводом в одной точке.
После проверки правильности монтажа вход усилителя замыкают накоротко, движок подстроечного резистора R17 устанавливают в верхнее по схеме положение и к выходу подключают осциллограф. Вместо плавких вставок (предохранителей) впаивают токоограничивающие резисторы мощностью 1. 2Вт сопротивлением 30. 50 Ом. Подав питание, проверяют отсутствие постоянного напряжения на выходе усилителя (допустимое значение ±15 мВ) и отсутствие самовозбуждения. Далее выпаивают защитные резисторы и устанавливают на свои места плавкие вставки. Затем под-строечным резистором R17 доводят ток покоя выходных транзисторов до 100 мА, ориентируясь по падению напряжения на резисторах R26, R27, равному 20 мВ. После прогрева усилителя в течение 10 мин подстраивают ток покоя. На этом налаживание можно считать законченным.
При выборе БП следует иметь в виду, что импульсный преобразователь в блоке, хотя и имеет меньшие габариты и вес, но является сильным источником помех в широкой полосе частот, борьба с которыми не всегда оправдана. Поэтому часто предпочтительней использовать обычный сетевой трансформатор с выпрямителем. Трансформатор должен иметь мощность не менее 150 Вт в расчёте на один канал, это способствует меньшей "просадке" напряжения питания на максимальной мощности усилителя. Диоды должны быть рассчитаны на прямой ток не менее 10 А, например, КД2999А, КД2999Б. Они имеют малое падение прямого напряжения, соответственно уменьшается тепловыделение и повышается КПД блока питания в целом.
3 . Статистические характеристики
При анализе усилительных схем на транзисторах широко используются т.н. статические характеристики: Статическими характеристиками транзисторов называют графики, выражающие функциональную связь между постоянными токами и напряжениями на электродах транзистора.
В зависимости от того, какие токи и напряжения принимаются за независимые переменные, возможны различные" системы функциональной связи и соответствующие им семейства статических характеристик. В общем случае связь между токами и напряжениями на трех электродах транзистора можно выразить шестью различными системами (по четыре семейства характеристик в каждой системе).
Мы не будем здесь рассматривать все эти случаи, а обратимся сразу к системе, получившей наибольшее распространение. Это т.н. система статических параметров (или гибридная система), которая соответствует наиболее распространенной группе малосигнальных параметров и имеет ряд преимуществ перед другими системами.
В данной системе в качестве независимых переменных приняты входной ток и выходное напряжение:
В статическом режиме эти зависимости выражаются четырьмя семействами характеристик:
Заметим, что для разных схем включения транзистора в качестве входных и выходных выступают токи и напряжения на его различных электродах. Поэтому вид статических характеристик зависит от схемы включения транзистора.
Для однозначного установления зависимости между токами и напряжениями транзистора достаточно иметь два семейства характеристик из четырех названных. Другие два могут быть найдены с помощью перестроений. На практике наибольшее распространение получили входные и выходные характеристики. Характеристики прямой передачи и обратной связи обычно выступают в роли второстепенных.
Статические характеристики имеют большое значение при анализе работы самых разнообразных усилительных схем. По статическим характеристикам выбираете оптимальное положение рабочей точки транзистора по постоянному току, вычисляются допустимые амплитуды колебаний переменного напряжения и тока на входе усилителя, анализируется линейность усиления и многие другие показатели схемы. По выходным характеристикам можно определить, правильно ли согласован усилительный каскад с нагрузкой, и предсказать поведение этого каскада при изменениях характера нагрузки.
В реальных схемах транзисторных усилителей в качестве входных токов и напряжений выступают напряжения и токи на конкретных электродах. Например, для схемы с ОЭ входным напряжением будет напряжение на участке эмиттербаза( ), а выходным током ток коллектора (I К ). Часто статические характеристики транзисторных схем называют по имени электрода, ток которого эти характеристики отражают. Так, в приведенном выше случае мы будем говорить о выходных коллекторных характеристиках.
4 . Статические и дифференциальные параметры транзисторов
Выше мы уже упоминали о наличии у транзисторов гак называемых малосигнальных параметров. Теперь поговорим об этом подробнее. Такие параметры характеризуют работу транзистора в режиме усиления малых переменных токов и напряжений. Многие из них имеют четкую физическую интерпретацию и непосредственно присутствуют в физических эквивалентных схемах. Некоторые же допускают только чисто математическое толкование. Смысл большинства из этих параметров сохраняется и при переходе к анализу больших сигналов, но их значения изменяются и становятся зависимыми от множества не проявлявшихся при малых сигналах факторов.
Поскольку малосигнальные параметры это параметры, отражающие работу транзистора для переменных составляющих токов и напряжений, то в большинстве случаев они являются дифференциальными эквивалентами некоторых интегральных (статических) величин, характеризующих работу на постоянном токе. Отсюда возникает второе, употребляемое иногда даже чаще, название малосигнальных параметров дифференциальные параметры. Между двумя этими терминами не существует однозначной эквивалентности, но почти всегда речь идет об одном и том же.
В качестве примера можем рассмотреть такой важный параметр биполярного транзистора, как коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ ( ). У этого параметра есть еще одно часто встречающееся обозначение, идущее от его роли в системе так называемых h-параметров проходного линейного четырехполюсника или
Интегральный (статический) коэффициент передачи находится как отношение токов (рис. 1):
Рис.1. К вычислению интегрального и дифференциального коэффициента передачи тока базы
Если рассмотреть характеристику передачи транзистора, включенного по схеме с ОЭ ( рис. 2.1 ), то можно видеть, что в точке А, соответствующей напряжениям и токам , , , статический коэффициент передачи равен:
Предположим теперь, что на вход транзистора подан малый по амплитуде переменный сигнал. В этом случае значения токов базы и коллектора начинают колебаться в пределах (рис. 1): и . Причем и, переходя к дифференциалам:
дифференциальный коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ в точке А передаточной характеристики (рис. 1);
угол, образованный касательной к линии передаточной характеристики в точке А и осью абсцисс (tg = ).
Из рис.1 . видно, что дифференциальный коэффициент передачи несколько отличается от интегрального (статического). Но на характеристике передачи можно выделить участок ( В,С ), где их значения близки. Т.е., если мы рассматриваем работу транзистора при некоторых ограничениях на напряжения и токи в нем (корректно заданная рабочая точка по постоянному току и малая амплитуда переменных сигналов), то мы можем не различать его статические и дифференциальные коэффициенты передачи. Заметим также, что в общем случае эти коэффициенты зависят от частоты переменного сигнала, его формы и амплитуды, температуры окружающей среды и некоторых других факторов. Так что любые вычисления с ними являются весьма приблизительными и отражают реальные процессы в транзисторах лишь в общих чертах. То же самое можно сказать и обо всех других малосигнальных (дифференциальных) и статических параметрах транзисторов.
В зависимости от конкретной ситуации (анализируемой схемы, целей анализа, ограничений на сигналы в цепях, требуемой точности и т.п.) на практике могут использоваться различные группы параметров, характеризующих транзистор в определенном режиме работы при определенных условиях. Как правило, для каждого такого случая строится соответствующая эквивалентная схема, значения элементов которой и составляют указанную группу параметров (одна и та же эквивалентная схема может использоваться и с разными группами параметров, например, при переходе от малосигнального анализа к анализу работы на постоянном токе все дифференциальные параметры заменяются на соответствующие им интегральные эквиваленты, и наоборот).
Наиболее употребимы следующие группы параметров транзисторов: Y-параметры, Z-параметры, H-параметры, S-параметры , физические параметры (часто их различают и для различных схем включения транзистора, т.е. существует группа параметров для схемы с ОБ и группа параметров для схемы с ОЭ и т.п.). Между указанными группами параметров существует довольно много пересечений (один из таких примеров нами рассмотрен выше) и взаимосвязей (когда параметры одной группы могут быть однозначно выражены через параметры другой группы).
Здесь опять следует сделать замечание, что подробное рассмотрение параметров, характеристик и физических моделей транзисторов не входит в задачу настоящей книги. Ниже вы найдете только краткое (справочное) описание этих вопросов. Для их более глубокого изучения и понимания следует обращаться к другой специализированной литературе (см. список литературы в кон це книги).
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Содержание
Усилительные каскады переменного тока на биполярных транзисторах 2
Общие положения 2
Понятие о классах усиления усилительных каскадов 3
Метод расчета схем с нелинейным элементом 6
Усилитель ОЭ с фиксированным током базы 8
Стабилизация режима работы усилительных каскадов 14
Схема с фиксированным напряжением базы 17
Схемные методы стабилизации 19
Расчет параметров усилителя ОЭ по переменному току 22
Усилитель ОК (эмиттерный повторитель) 27
Усилитель ОБ 30
Усилительные каскады переменного тока на полевых транзисторах 32
Общие положения 32
Усилительный каскад по схеме с общим истоком 33
Истоковый повторитель 37
Усилительные каскады переменного тока на биполярных транзисторах
Общие положения
Характерной особенностью современных электронных усилителей является многообразие схем, по которым они могут быть спроектированы. Однако среди этого многообразия можно выделить наиболее типичные схемы, содержащие элементы и цепи, которые чаще всего встречаются в усилительных устройствах независимо от их функционального назначения.
Современные усилители выполняются преимущественно на биполярных и полевых транзисторах в дискретном или интегральном исполнении, причем усилители в микроисполнении отличаются от своих дискретных аналогов, главным образом, конструктивно-технологическими особенностями. Схемные же построения принципиальных отличий не имеют. Наибольшее распространение получили каскады на биполярных и полевых транзисторах, использующие соответственно схемы включения транзистора с общим эмиттером и общим истоком. Реже используются схемы включения с общим коллектором и общим стоком. Схемы включения с общей базой или общим затвором находят применение только в узком классе устройств, например во входных цепях радиоприемных устройств, работающих в диапазоне УКВ. Рассмотрение таких каскадов, в силу специфики построения, связанной с сильным влиянием на их свойства паразитных параметров реальной конструкции каскада, выходит за рамки настоящего курса.
В технической литературе наименование (обозначение) каскада усилителя производится в соответствии со схемой включения транзистора: усилитель ОЭ, ОК, ОБ, ОИ, ОС или ОЗ. В дальнейшем будут рассмотрены только принципы построения и основные параметры каскадов, использующих все схемы включения биполярных транзисторов и с ОИ, ОС – для полевых транзисторов.
Понятие о классах усиления усилительных каскадов
Режим работы усилителя определяется начальным положением рабочей точки (точки покоя) на сквозной динамической характеристике усилительного элемента, т.е. на зависимости выходного тока усилительного элемента от ЭДС (напряжения) входного сигнала. Вид типичной сквозной динамической характеристики показан на рисунке 4.1.
При невыполнении неравенства (4.5) и отсутствии входных характеристик исползуемого транзистора можно ориентировочно принять следующие значения UбэР для маломощных транзисторов:
0,2 – 0,3 В – для германиевого транзистора;
0,3 – 0,5 В – для кремниевого транзистора.
Можно также ориентировочно определить рабочий ток базы не прибегая к использованию выходной характеристики транзистора:
то практически вся переменная составляющая напряжения коллектора выделится на нагрузке.
Необходимо обратить внимание на изменение фазы сигнала в нагрузке. Увеличение входного сигнала приводит к росту тока базы и, соответственно, коллектора, росту падения напряжения на Rк и уменьшению падения напряжения на транзисторе. Уменьшение входного сигнала приводит к росту напряжения на транзисторе. Таким образом, выходной сигнал оказывается сдвинутым на 1800 (на радиан) относительно входного. Необходимо отметить, что в некоторых случаях нагрузка располагается в коллекторной цепи вместо Rк. В этом случае изменение ее напряжения совпадает с описанным выше изменением напряжения на Rк и инверсии выходного сигнала не происходит.
По полученным данным можно определить коэффициенты усиления усилителя:
В соответствии с рядом номиналов резисторов, принимаем Rк = 750 Ом, Rб = 22 кОм. Несовпадение номинала Rб по сравнению с расчетным значением приведет к некоторому увеличению тока покоя базы (IбР 682 мкА) изменению параметрами расчетной точки покоя:
IкР = 6,82 10-4 * 150 = 10,2 мА; UкэР = 15 – 750 * 10,2 10-2 = 7,35 В.
Изменения параметров рабочей точки незначительные. Однако, если при изготовлении конкретного экземпляра усилителя будет использован транзистор с предельными величинами статический коэффициент передачи тока, то режим может измениться существенно. Например, при использовании транзистора с h21Э = 50
IкР = 6,82 10-4 * 50 = 3,41 мА; UкэР = 15 – 750 * 3,41 10-3 12,4 В.
Если же h21Э = 250, то
IкР = 6,82 10-4 * 250 17 мА; UкэР = 15 – 750 * 17 10-3 2,3 В.
Как мы видим, изменения режима работы значительны.
К дестабилизирующим факторам, в первую очередь, следует отнести изменение температуры окружающей среды, вызывающей, во-первых, изменение обратного тока коллекторного перехода Iко, во-вторых, изменение напряжения эмиттерного перехода Uбэ транзистора, и, в – третьих, изменение его коэффициента передачи тока h21э. Все эти воздействия приводят к изменению коллекторного тока транзистора и, следовательно, изменению выходного напряжения усилительного каскада. Поэтому важнейшей задачей при проектировании транзисторных усилителей является обеспечение именно температурной стабилизации их режима работы. При таком подходе зачастую уменьшается влияние и других воздействий.
Рассмотрим схемные построения усилителей ОЭ, которые позволяют уменьшить воздействие дестабилизирующих факторов. Необходимо напомнить, что, несмотря на указанные выше недостатки, схему с фиксированным током базы очень широко используют. Это объясняется тем, что при малых амплитудах входного и выходного сигналов, смещение рабочей точки во многих случаях не имеет принципиального значения. Поэтому прежде чем браться за более сложную схему, необходимо проанализировать возможность использования простой.
Схема с фиксированным напряжением базы
Схема с фиксированным напряжением база-эмиттер приведена на рисунке 4.5. В этой схеме режим работы транзистора задается путем подачи постоянного смещающего напряжения на базу. Напряжение смещения формируется делителем напряжения источника питания на резисторах Rб1 и Rб2. Падение напряжения на резисторе Rб2, которое одновременно является напряжением эмиттерного перехода транзистора, должно быть таким, чтобы в базу поступал ток IбР (см. рисунок 4.4, а).
Через делитель идет ток Iд. Чем он больше, тем стабильнее схема, так как изменение тока базы будет слабо влиять на величину смещения. Однако следует иметь в виду, что ток делителя нельзя выбирать слишком большим, поскольку в делителе расходуется дополнительная энергия, и чем больше ток Iд, тем большее мощности источника питания будет расходоваться в этой вспомогательной цепи. Кроме того, в этом случае уменьшаются величины сопротивлений Rб1 и Rб2, что приводит к уменьшению входного сопротивления каскада и возрастанию нагрузки на источник сигнала. Обычно ток делителя выбирают в пределах (2. 10) IбР.
Рисунок 4.5. Усилитель ОЭ с фиксированным напряжением базы
Расчет сопротивлений делителя (после выбора его тока) проводится по формулам:
Величина шунтирующей емкости эмиттерного конденсатора находят из соотношения:
Ток делителя, также как для предшествующих схем, обычно выбирают в пределах (2. 10) IбР.
Схема эмиттерной стабилизации режима работы находит наиболее широкое применение, так как обеспечивает хорошую работоспособность усилительного каскада при изменении температуры на 70 – 100°С.
Расчет параметров усилителя ОЭ по переменному току
Для расчета необходимо составить эквивалентную схему каскада, в которую включают только элементы, в которых возникают токи и напряжения, обусловленные входным переменным сигналом. Эквивалентная схема строят на основе принципиальной, номиналы элементов которой определены при ее расчете по постоянному току. Продемонстрируем принцип ее составления для самой сложной из рассмотренных схем – усилителя с эмиттерной стабилизацией (рисунок 4.7).
4.8. Характеристики усилителя ОЭ в области низших и высших частот
Эквивалентная схема каскада для низших частот представлена на рисунке 4.10, а.
Рисунок 4.10. Эквивалентная схема усилителя ОЭ для низших (а) и высших (б) частот
По сравнению с исходной схемой рисунка 4.8. на ней исключены сопротивления источников питания и емкость коллекторного перехода в связи с незначительностью их влияния при низких частотах переменного сигнала. На передачу сигнала существенное влияние оказывают емкости Ср1, Ср2 и Сэ, реактивное сопротивление которых увеличивается. При этом разделительные емкости Ср1 и Ср2 препятствуют прохождению сигнала с входа каскада на его выход, уменьшая тем самым коэффициент усиления каскада в области низших частот.д.ействие блокирующей емкости несколько иное – в области низших частот она перестает шунтировать резистор, Rэ и коэффициент усиления каскада уменьшается за счет действия отрицательной обратной связи. Как было указано ранее, для количественной оценки уменьшения усиления используют коэффициент частотных искажений, который для рассматриваемой схемы с достаточной точностью можно определить по формуле:
где Мр1 – доля частотных искажений, приходящаяся на данную емкость, причем
где Ск – справочное значение емкости коллекторного перехода для схемы ОЭ.
Усилитель ОК (эмиттерный повторитель)
Схема усилителя ОК изображена на рисунке 4.11.
В отличие от усилителя по схеме ОЭ схема с общим коллектором не инвертирует входной сигнал. Действительно, если на вход эмиттерного повторителя подать увеличивающееся напряжение, то это приведет к увеличению эмиттерного тока транзистора и соответствующему увеличению его выходного напряжения. Поэтому входной и выходной сигналы в схеме будут изменяться в фазе.
Переменное напряжение, снимаемое с Rнэ, через разделительный конденсатор Ср2 проникает в нагрузку. Эквивалентная схема каскада по переменному току представлена на рисунке 4.12.
Определим входное сопротивление транзистора подобно тому, как это было сделано в разделе 4.7:
где Rн экв – эквивалентное сопротивление нагрузки:
Считая, как и для предыдущих схем, что весь ток выходного электрода (эмиттера) идет в нагрузку, получаем выражение для определения коэффициента усиления по току:
то получим эквивалентную схему для средних частот (рисунок 4.14).
значительно меньше сопротивления резисторов делителя в цепи базы (rэ Rб1 и rэ Rб2).
Эквивалентное сопротивление нагрузки Rн экв определяется параллельным соединением Rк и Rн (см. выражение (4.25)). Поэтому, если rэ Rк и rэ Rк вх, то усилитель ОБ будет обладать очень большим коэффициентом усиления по напряжению:
Усилительные каскады переменного тока на полевых транзисторах
Общие положения
В построении и методах расчета усилителей на основе полевых транзисторов очень много общего с построением и расчетом усилителей на биполярных транзисторах. Также имеются три основных схемы, получивших названия в соответствии с электродом, который является общим для входной и выходной цепи: ОИ, ОС и ОЗ. Правда, последняя, с общим затвором практически не применяется, т.к при этом не удается использовать один из важнейших параметров полевых транзисторов – их большое входное сопротивление.
На усилительном каскаде с полевым транзистором можно обеспечить работу в любом из описанных ранее классов усиления. Аналогично, за исключением выходных каскадов в основном используется режим класса А, который мы и будем рассматривать.
Усилительные каскады на полевом транзисторе, прежде всего, применяют во входных каскадах усилителей. Объясняется это следующими преимуществами полевого транзистора перед биполярным:
большее входное сопротивление, что упрощает его согласование с высокоомным источником сигнала;
как правило, меньший коэффициент шума, что делает его более предпочтительным при усилении слабых сигналов;
большая собственная температурная стабильность режимов покоя.
Вместе с тем, каскады на полевых транзисторах обычно характеризуются меньшим коэффициентом усиления по напряжению, что и ограничивает их применение при построении промежуточных каскадов.
Также как и в предыдущем разделе, расчет каскады на полевых транзисторах для выбранной схемы проводит в три этапа:
определяют режим работы усилителя;
проводят расчет элементов принципиальной схемы по постоянному току;
определяют параметры усилителя по переменному току на основе эквивалентной схемы.
В последующем, чтобы обеспечить простоту и однозначность анализа будем рассматривать транзисторы с каналом п-типа, а заземленным в источнике питания будем считать его отрицательный полюс, относительно которого и будем определять все напряжения. При этих условиях напряжение на стоке должно быть положительным по сравнению с напряжением на истоке. (При р канале наоборот: заземляется положительный полюс и напряжение на стоке меньше, чем на истоке)
Схемотехнические решения, применяемые при построении каскадов на полевых транзисторах, во многом схожи с решениями, используемыми при построении каскадов на биполярных транзисторах. Имеется ряд особенностей полевых транзисторов, обусловленных, прежде всего, различиями входных характеристик трех типов полевых транзисторов и, кроме того, практически отсутствием тока затвора, на который обычно подается входной сигнал.
Усилительный каскад по схеме с общим истоком
Отличия входных (стокозатворных) характеристик разных типов полевых транзисторов, приводит к разным схемотехническим построениям усилительных каскадов на ПТ разных типов, касающихся, прежде всего, схем задания режима работы. В схемах на полевых транзисторах с управляющим р-п переходом напряжение на их затворе должно быть отрицательным по сравнению с напряжением на истоке. В этом случае обеспечивается закрытое (запертое) состояние перехода. На полевых транзисторах с изолированным затвором и встроенным каналом напряжение затвора может быть любым – как отрицательным, так и положительным по отношению к истоку. На полевых транзисторах с изолированным затвором и индуцированным каналом напряжение затвора может быть только положительным по отношению к истоку. Отсутствие входных токов на затвор позволяет обеспечить необходимое распределение напряжений только за счет внешних резисторов и схем их соединений.
На рисунке 5.1 приведены три типовые схемы усилителя ОИ, обеспечивающих получение выбранного режима работы на полевых транзисторах разных типов. Чертеж первой схемы является наиболее полным – на ней показаны разделительные конденсаторы, отделяющие по постоянному току каскад от источника сигнала и нагрузки. На последующих разделительные конденсаторы не приведены – вход и выход переменного сигнала показаны стрелками.
Рисунок 5.1. Усилительные каскады ОИ на полевых транзисторах
Наиболее общей является схема рисунка 5.1, б. Ее называют схемой с истоковой стабилизацией. Она подобна схеме рисунка 4.7, где изображен каскад с эмиттерной стабилизацией на биполярном транзисторе. Истоковая стабилизация может быть выполнена независимо от типа примененного полевого транзистора. Для того чтобы избежать уменьшения коэффициента усиления резистор Rи шунтируют конденсатором Си. Величина шунтирующей емкости эмиттерного конденсатора находят из соотношения, аналогичного (4.21):
где Iд, Iи – токи резистивного делителя и истока транзистора.
В схеме рисунка 5.1, а отсутствует делитель напряжения источника питания (Iд, = 0), поэтому она может быть использована для задания рабочей точки в транзисторах, работа которых возможна при отрицательных напряжениях на затворе. Такое включение называется схемой автоматической подачи смещения. Ее применение наиболее оптимально в каскадах на полевом транзисторе с управляющим р-п переходом.
Необходимо отметить, что все схемы позволяет обеспечить режим термокомпенсации (см. раздел 2.6). Для этого необходимо подать на затвор напряжение, соответствующее термокомпенсационной точке стокозатворной характеристики (см. рисунок 2.13). К сожалению, такой выбор рабочей точки не всегда возможен т.к зачастую необходимо работа при больших токах стока, чем ток соответствующий термокомпенсации.
Выбор типа полевого транзистора производится на основе тех же требований к его предельно допустимым параметрам, которые были сформулированы в предыдущей главе (выражения (4.10) – (4.13)) применительно к биполярному транзистору.
Для определения основных параметров каскада по переменному току обратимся к его схеме замещения, приведенной на рисунке 5.2, а. Данная схема справедлива для области средних частот. При ее формировании использованы все допущения, что и при составлении схемы усилителя ОЭ рисунка 5.9. Например, учтено соотношение (5.1). Опущены все емкости, которые характеризуют ПТ (см. эквивалентную схему ПТ рисунка 2.13).
Как и для усилителя на биполярном транзисторе, для количественной оценки уменьшения усиления используют коэффициент частотных искажений, который на нижних частотах с достаточной точностью можно определить по формуле (4.29). Эквивалентная постоянная времени
Сз и, Сз с, Сс и – справочное значение межэлектродных емкостей транзистора.
Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, состоящий из трех областей с чередующимися типами электропроводности и пригодный для усиления мощности.
Выпускаемые в настоящее время биполярные транзисторы можно классифицировать по следующим признакам:
- по материалу: германиевые и кремниевые;
- по виду проводимости областей: типа р-n-р и n-p-n;
- по мощности: малой (Рмах £ 0,3Вт), средней (Рмах £ 1,5Вт) и большой мощности (Рмах > 1,5Вт);
- по частоте: низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и СВЧ.
В биполярных транзисторах ток определяется движением носителей заряда двух типов: электронов и дырок (или основными и неосновными). Отсюда их название – биполярные.
В настоящее время изготавливаются и применяются исключительно транзисторы с плоскостными р-n- переходами.
Устройство плоскостного биполярного транзистора показано схематично на рис. 4.1.
Он представляет собой пластинку германия или кремния, в которой созданы три области с различной электропроводностью. У транзистора типа n-р-n средняя область имеет дырочную, а крайние области – электронную электропроводность.
Транзисторы типа р-n-р имеют среднюю область с электронной, а крайние области с дырочной электропроводностью.
Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область – эмиттером, другая – коллектором. Таким образом в транзисторе имеются два р-n- перехода: эмиттерный – между эмиттером и базой и коллекторный – между базой и коллектором. Площадь эмиттерного перехода меньше площади коллекторного перехода.
Эмиттером называется область транзистора назначением которой является инжекция носителей заряда в базу. Коллектором называют область, назначением которой является экстракция носителей заряда из базы. Базой является область, в которую инжектируются эмиттером неосновные для этой области носители заряда.
Концентрация основных носителей заряда в эмиттере во много раз больше концентрации основных носителей заряда в базе, а их концентрация в коллекторе несколько меньше концентрации в эмиттере. Поэтому проводимость эмиттера на несколько порядков выше проводимости базы, а проводимость коллектора несколько меньше проводимости эмиттера.
От базы, эмиттера и коллектора сделаны выводы. В зависимости от того, какой из выводов является общим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК).
Рассмотрим принцип действия транзистора на примере транзистора р-n-р –типа, включенного по схеме с общей базой (рис. 4.2).
Рисунок 4.2 – Принцип действия биполярного транзистора (р-n-р- типа)
Внешние напряжения двух источников питания ЕЭ и Ек подключают к транзистору таким образом, чтобы обеспечивалось смещение эмиттерного перехода П1 в прямом направлении (прямое напряжение), а коллекторного перехода П2 – в обратном направлении (обратное напряжение).
Если к коллекторному переходу приложено обратное напряжение, а цепь эмиттера разомкнута, то в цепи коллектора протекает небольшой обратный ток Iко (единицы микроампер). Этот ток возникает под действием обратного напряжения и создается направленным перемещением неосновных носителей заряда дырок базы и электронов коллектора через коллекторный переход. Обратный ток протекает по цепи: +Ек, база-коллектор, −Ек. Величина обратного тока коллектора не зависит от напряжения на коллекторе, но зависит от температуры полупроводника.
При включении в цепь эмиттера постоянного напряжения ЕЭ в прямом направлении потенциальный барьер эмиттерного перехода понижается. Начинается инжектирование (впрыскивание) дырок в базу.
Внешнее напряжение, приложенное к транзистору, оказывается приложенным в основном к переходам П1 и П2, т.к. они имеют большое сопротивление по сравнению с сопротивлением базовой, эмиттерной и коллекторной областей. Поэтому инжектированные в базу дырки перемещаются в ней посредством диффузии. При этом дырки рекомбинируют с электронами базы. Поскольку концентрация носителей в базе значительно меньше, чем в эмиттере, то рекомбинируют очень немногие дырки. При малой толщине базы почти все дырки будут доходить до коллекторного перехода П2. На место рекомбинированных электронов в базу поступают электроны от источника питания Ек. Дырки, рекомбинировавшие с электронами в базе, создают ток базы IБ.
Под действием обратного напряжения Ек потенциальный барьер коллекторного перехода повышается, толщина перехода П2 увеличивается. Но потенциальный барьер коллекторного перехода не создает препятствия для прохождения через него дырок. Вошедшие в область коллекторного перехода дырки попадают в сильное ускоряющее поле, созданное на переходе коллекторным напряжением, и экстрагируются (втягиваются) коллектором, создавая коллекторный ток Iк. Коллекторный ток протекает по цепи: +Ек, база-коллектор, -Ек.
Таким образом, в транзисторе протекает три тока: ток эмиттера, коллектора и базы.
В проводе, являющемся выводом базы, токи эмиттера и коллектора направлены встречно. Следовательно, ток базы равен разности токов эмиттера и коллектора: IБ = IЭ − IК.
Физические процессы в транзисторе типа n-р-n протекают аналогично процессам в транзисторе типа р-n-р.
Полный ток эмиттера IЭ определяется количеством инжектированных эмиттером основных носителей заряда. Основная часть этих носителей заряда достигая коллектора, создает коллекторный ток Iк. Незначительная часть инжектированных в базу носителей заряда рекомбинируют в базе, создавая ток базы IБ. Следовательно, ток эмиттера разделятся на токи базы и коллектора, т.е. IЭ = IБ + Iк.
Ток эмиттера является входным током, ток коллектора – выходным. Выходной ток составляет часть входного, т.е.
(4.1)
где a- коэффициент передачи тока для схемы ОБ;
Поскольку выходной ток меньше входного, то коэффициент a 0.
На эту кривую переносятся точки А, То и Б выходной рабочей характеристики, и получаются точки А1, Т1 и Б1 (рис. 4.8, б). Рабочая точка Т1 определяет постоянное напряжение базы UБЭП и постоянной ток базы IБП.
Сопротивление резистора RБ (обеспечивает работу транзистора в режиме покоя), через который от источника ЕК будет подаваться постоянное напряжение на базу:
(4.13)
В активном (усилительном) режиме точка покоя транзистора То находится примерно посередине участка линии нагрузки АБ, а рабочая точка не выходит за пределы участка АБ.
Работа биполярного транзистора при любой схеме включения характеризуется четырьмя величинами: входным током Iвх, входным напряжением Uвх, выходным током Iвых и выходным напряжением Uвых. В активном режиме связь между ними устанавливают статические характеристики. При этом два параметра принимают за независимые переменные. Мы будем рассматривать работу транзистора в системе h-параметров, в которой за независимые переменные принимаются входной ток Iвх и выходное напряжение Uвых. Две другие величины — входное напряжение Uвх и выходной ток Iвых выражаются как функции независимых переменных. Отсюда следует, что работа транзистора описывается четырьмя семействами статических характеристик. Обычно пользуются двумя — входными и выходными. Эти характеристики для схемы с общим эмиттером (О Э) приведены на рис. 13.
Рис. 13. Статические характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Штрих-пунктирной линией обозначена нагрузочная прямая по переменному току для схемы рис. 15; а – входные характеристики, б - выходные
В режиме малого сигнала связь между четырьмя параметрами линейная, т.е.
Коэффициенты в этом разложении — h-параметры — также характеризуют работу транзистора. Значения h-параметров зависят от схемы включения транзистора и от положения точки покоя на статических характеристиках транзистора. Точка покоя определяется значениями параметров Iвх, Uвх, Iвых и Uвых в отсутствие входного сигнала.
Режим работы усилителя определяется положением точки покоя П на статических характеристиках транзистора (рис. 13, рис. 14) и величиной амплитуды входного сигнала.
Рис. 14. Резисторный усилительный каскад
Будем считать, что входной сигнал описывается гармонической функцией типа Uвх = Uвх.m sinωt, где Uвх.m — его амплитуда, а ω — частота. При работе усилителя в режиме класса А точка покоя находится на линейном участке входной характеристики, а амплитуда входного сигнала такова, что транзистор все время остается в активном режиме.
При работе усилителя в режиме класса D (режиме ключа) точка покоя тоже лежит в области отсечки, а большой входной сигнал переводит транзистор в насыщение.
Для усилителя переменного тока (рис. 15 а), работающего в режиме класса А, точку покоя удобно определять, заменив схему 15 а эквивалентной (рис. 15 б). При этом
(10)
(11)
Рис. 15. Эквивалентная схема резисторного усилителя для определения точки покоя
Чтобы определить ток базы покоя Iбп и напряжение Uбэп, запишем 2-ой закон Кирхгофа для входной цепи транзистора
(12)
или, учитывая связь между токами базы и эммитера,
(13)
Статический коэффициент передачи тока h21э считаем известным.
Уравнение (13) — это уравнение нагрузочной прямой, которую можно построить в плоскости входных характеристик транзистора (рис. 13, а).
(14)
Точка пересечения нагрузочной прямой с правой (соответствующей активному режиму) характеристикой дает значения Iбп, Uбэп.
Для определения выходных параметров покоя Iкп и Uкэп запишем 2-ой закон Кирхгофа для выходной цепи транзистора
(15)
Величины Iкп и Uкэп можно определить аналитически, используя связь
(16)
(17)
Однако часто точное значение параметра h21э неизвестно, поэтому точнее Iкп и Uкэп можно определить, построив нагрузочную прямую в плоскости выходных характеристик транзистора. Точки пересечения этой прямой с осями координат определяются формулами
(18)
Учитывая, что h21э >> 1, с хорошей точностью можно считать, что
(18 a)
Положение точки покоя определяется по пересечению нагрузочной прямой с характеристикой, соответствующей току Iбп (рис. 13 б).
Определить точку покоя резисторного усилителя (рис. 15 а) на транзисторе КТ 3176 А9, если: Uп = 5 В, Rк = 4 Ом, Rэ = 1 Ом, Rб = 300 Ом, Rб2 = 200 Ом, h21э = 90. Характеристики транзистора приведены в приложении на рис. П.З. Определить дифференциальный параметр h11э в точке покоя.
Определим параметры эквивалентной схемы Еэкв и Rб (рис. 15, б). Согласно формулам (10) и (11)
Координаты пересечения нагрузочной прямой с осями в плоскости входных характеристик определяются по формулам (14)
Построив нагрузочную прямую в плоскости входных характеристик, найдем точку ее пересечения с характеристикой (Uкэ = 5 В): Iбп = 5,7мА; Uбэп = 0,77 В. Параметр h21э, или входное сопротивление транзистора, определяется так же, как дифференциальное сопротивление диода. Проводится касательная к входной характеристике транзистора, а h21э определяется как отношение катетов треугольника, образованного касательной и любыми двумя прямыми, параллельными осям координат
Точки пересечения нагрузочной прямой с осями координат в плоскости выходных характеристик определяются по формулам (18) и (18 а)
Нагрузочная прямая пересекает семейство выходных характеристик в разных точках, каждая из которых соответствует определенному значению базового тока. Искомое графическое решение должно соответствовать пересечению нагрузочной прямой с характеристикой, отвечающей значению тока базы Iб = 5,7 мА. Такой кривой на выходных характеристиках рис. П.3. нет. Поэтому следует провести эту кривую самостоятельно. Она должна проходить между кривыми Iб = 4 мА и Iб = 6 мA. Если принять линейную аппроксимацию, то эта кривая должна лежать примерно на удалении 1/6 части от кривой Iб = 6 мА и на удалении 5/6 частей от Iб = 4мА. (За единицу принимается расстояние между соседними кривыми Iб = 4мА и Iб = 6 мА). Положение искомой точки покоя изображено на рис. П.3 б) кружком. Ей отвечают значения Iкп = 540 мА и Uкэп = 2,25 В.
Можно проверить полученные значения выходных параметров по формулам (16) и (17)
Выходные параметры, полученные двумя разными способами, совпадают с точностью до 7,5%. Погрешность связана с неточностью графического решения, а также с тем, что статический коэффициент h21э зависит от тока коллектора.
3. Выполнить самостоятельно следующие задания:
Определить точку покоя резисторного усилителя (рис. 15) на транзисторе КТ 3176 А9, если: Uп = 10 В, Rк = 19,5 Ом, Rэ, = 0,5 Ом, Rб1 = 385 Ом, Rб2 = 40 Ом, h21э = 180. Характеристики транзистора приведены на рис. П.З. Определить дифференциальный параметр h11э в точке покоя.
Ответ: Iбп = 2,2 мА; Uбэп = 0,73 В, Iкп = 370 мА, Uкэп = 2,25 В, h11э = 22 Ом
Задание 15
Определить точку покоя резисторного усилителя (рис. 15) на транзисторе 2Т 860 А, если: Uп = 16 В, Rк =9 Ом, Rэ = 1 Ом, Rб1 = 650 Ом, Rб2 = 100 Ом, h21э = 140. Характеристики транзистора приведены в приложении на рис, П.1. Определить дифференциальный параметр h11э в точке покоя.
Ответ: Iбп = 5 мА; Uбэп = 0,93 В, Iкп = 0,7 мА, Uкэп = 8,8 В, h11э = 17 Ом
Читайте также: