Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Расчёт параметров транзистора

Оглавление

Введение 5

1. Теоретическое введение 6

1.1. Биполярный транзистор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1.1. Принцип работы биполярного транзистора. . . . . . 6

1.1.2. Включение транзистора по схеме с общим эмиттером 7

1.1.3. Схема замещения биполярного транзистора. Тран-зистор как четырёхполюсник. . . . . . . . . . . . . . 8

1.1.4. Расчётh–– параметров . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ) . . . . . 13

1.2.1. Усилители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.2.2. Усилительный каскад с ОЭ . . . . . . . . . . . . . . 16

1.2.3. Режим работы по постоянному току . . . . . . . . . 19

1.2.4. Термостабилизация усилительного каскада . . . . . 24

1.2.5. Графоаналитический метод расчёта усилительного

каскада. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2. Порядок расчёта 30

2.1. Расчёт параметров транзистора. . . . . . . . . . . . . . . 30

2.2. Расчёт усилительного каскада по постоянному току. . . 31

2.3. Расчёт усилительного каскада по переменному току. . . 33

2.4. Расчёт параметров элементов усилителя с ОЭ . . . . . . 35

2.5. Определение параметров усилительного каскада . . . . . 36

Введение

Важной сотавляющей подготовки современных инженеров явля-ется изучение дисциплины «Электроника», как в рамках курса «Элек-тротехника и электроника», так и в рамках отдельного курса в цикле

общепрофессиональных дисциплин (ОПД) государственных образо-вательных стандартов высшего профессионального образования (ГОС

ВПО).

Наиболее сложными разделами этого курса, являются те, которые

связаны со схемотехникой аналоговых устройств. В первою очередь

это объясняется с нелинейным характером характеристик использу-емых элементов, относительно большим разбросом их параметров, а

также сильным влиянием различных внешних факторов (в первую

очередь температуры окружающей среды и самих элементов).

Целью данной работы является расчет параметров усилительного

каскада с общим эмиттером, работающим в классе А с температурной

стабилизацией, который проводится графоаналитическим методом с

использованиемhпараметров транзистора.

Расчёт усилительного каскада на биполярном транзисторе явля-ется характерным примером, охватывающем большое количество раз-делов не только электроники, но и электротехники, среди которых

можно выделить следующие: цепи переменного тока, нелинейные це-пи, четырёхполюсник, теорию обратных связей, полупроводники.

В результате выполнения данной домашней работы, студент по-лучит базовые навыки проведения инженерных расчётов аналоговых

электронных устройств.

Для закрепления полученных при выполнении домашней работы

навыков, студентам рекомендуется собрать полученный в результате

расчётов усилтельный каскад в виде натурного макета и проверить на

нём правильность проведённых расчётов.

Глава 1

Теоретическое введение

1.1. Биполярный транзистор

1.1.1. Принцип работы биполярного транзистора

Рис. 1.1.Упрощённая структура

биполярного транзистора

Биполярный транзистор, это

полупроводниковый прибор, состоя-щий из двухp−nпереходов и имею-щий три вывода.

Биполярный транзистор (далее

просто транзистор) состоит из трёх

чередующихся областей полупровод-ников, имеющих проводимостьpиn

типов (рис.1.1). В зависимости от их расположения различают тран-зисторыp−n−pиn−p−nтипов. Условные графические обозначения

(УГО) транзисторов обоих типов приведены на рис.1.2. Выводы тран-зистора называются: Э –– эмиттер, Б –– база и К –– коллектор. Напра-вление стрелки указывает положение области с проводимостьюnтипа.

Рис. 1.2.УГО

транзистора

Рассмотрим принцип действия транзистора

(рис. 1.3). Переход эмиттер–база включается в

прямом направление, в результате основные но-сители заряда попадают в базу и создают ток

базыIБ. Концентрация основных носителей заря-да в базе значительно меньше, чем в эмиттере и

коллекторе, поэтому в базерекомбинирует

ма-лая часть зарядов из эмиттера, кроме того, база

выполняется достаточно узкой и основное количество зарядов, попав-шее в базу из эмиттера, уже имея достаточно высокую скорость и

получая дополнительное ускорение от поля перехода база–коллектор,

пролетает в коллектор, создавая ток коллектораIК, значительно пре-вышающий ток базыIБ.

Рекомбинация–– процесс замещения электронами дырок, в результате чего исчезает

пара носителей заряда «электрон–дырка» исчезает. Сопровождается выделением энергии в

виде фотона.

1.1. Биполярный транзистор 7

Описанные физические процессы обеспечиваются конструктив-ными особенностями исполнения биполярных транзисторов:

1. База выполняется слаболегированной (т. е. количество основных

носителей зарядов в ней значительно меньше чем в коллекторе

и эмиттере);

2. База выполняется достаточно узкой;

3. Эмиттер выполняется сильнолегированным (т. е. количество основ-ных носителей зарядов в нём значительно больше чем в коллек-торе и базе).

Рис. 1.3.Принцип действия биполярного транзистора

1.1.2. Включение транзистора по схеме с общим эмиттером

Рис. 1.4.Включение

транзистора по схеме с

общим эмиттером

В зависимости от того, какой вывод транзи-стора подключен одновременно ко входу и вы-ходу схемы, различают три схемы включения

транзистора — с общим эмиттером (ОЭ), общей

базой (ОБ) и общим коллектором (ОК). Наибо-лее широкое применение нашла схема с общим

эмиттером (рис.1.4).

Работа транзистора характеризуется семей-ствами входных ивыходных характеристик

(рис. 1.5). Эти характеристики (для по схеме с

ОЭ) приводятся в справочниках по транзисторам (например [3]).

Входные характеристики(рис.1.5,а) показывают зависимость

тока базы (IБ) от напряжения между базой и эмиттером (UБЭ), при

постоянном напряжение, приложенному к коллектору (UКЭ). Входные

8 1. Теоретическое введение

Рис. 1.5.Характеристики транзистораа–– входные, б–– выходные

характеристики слабо зависят от напряжения на коллекторе, поэто-му обычно приводят две зависимости (например, в справочнике [3]

приводятся входные характеристики транзисторов приUКЭ= 0и5В).

Выходные характеристики(рис.1.5,б) показывают зависимость

тока коллектора (IК) от напряжения между коллектором и эмиттером

(UКЭ), при постоянном значении тока базы (IБ). Выходные характе-ристикиприводятся для достаточно большого (5и более) значений

тока базы (IБ1, IБ2, IБ3, и т. д.), различающихся на фиксированное зна-чениеΔIБ.

1.1.3. Схема замещения биполярного транзистора. Транзистор

как четырёхполюсник.

Рис. 1.6.Схема замещения

транзистора

Транзистор является весьма сложным

прибором и не может быть полностью опи-сан одной –– двумя величинами (как, на-пример, резистор или конденсатор), ха-рактеризующие его зависимости (напри-мер приведённые на рис.1.5) имеют слож-ный и нелинейный характер, поэтому для

транзистора применяют различныесхемы

замещения–– математические модели, характеризующие некоторые

его свойства с заданной точностью и в определённых пределах.

1.1. Биполярный транзистор 9

Для транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, ра-ботающим вмалосигнальном

(линейном) режиме, наибольшее рас-пространение получила схема замещения, приведённая на (рис.1.6).

На данной схеме транзистор характеризуетсяh–– параметрами линей-ногочетырёхполюсника–– электрической схемы, имеющей два вход-ных и два выходных контакта.

Мы рассматриваем работу усилительного каскада в малосигналь-ном (линейном) режиме, поэтому мы можем представить транзистор в

виде активного линейного четырёхполюсника, который характеризу-ется входными (U1, I1) и выходными (U2, I2) токами и напряжениями.

Для их расчёта используется система линейных уравнений, в которых

два тока или напряжения являются известными, а два других –– не-известными. Известные и неизвестные величины связываются коэф-фициентами, которые называютсяпараметрам четырёхполюсника.

Для расчёта усилителей применяютсяz(имеют размерность сопроти-вления),y(размерность проводимости) и h(смешанная размерность)

параметры.

При расчёте усилителей с общим эмиттером наибольшее распо-страние получилиh—параметры, связывающие токи и напряжения с

помощью следующей системы линейных уравнений:

U1=h11I1+h12U2

I2=h21I1+h22U2

Рис. 1.7.Представление транзистора,

включённого по схеме с ОЭ, в виде

четырехполюсника

В соответствии с рисунком1.7

и учитывая, что для усилителя

входными и выходными сигналами

являются приращения соответству-ющих токов и напряжений, запи-шем эту систему уравнений в сле-дующем виде:

ΔIБЭ=h11ΔIБ+h12ΔIКЭ

ΔIК=h21ΔIБ+h22ΔUКЭ

Приравнивая к нулюΔIБ(режим холостого хода на входе) иΔUКЭ

(режим короткого замыкания на выходе) мы сможем рассчитать h–

параметры:

Вмалосигнальномрежиме работы транзистора амплитуды переменных составляющих

входных сигналов не выходят за пределы линейного участка характеристики.

10 1. Теоретическое введение

h12=

ΔUБЭ

ΔUКЭΔIБ=0

, h22=

ΔIК

ΔUКЭΔIБ=0

h11=

ΔUБЭ

ΔIБ ΔUКЭ=0

, h21=

ΔIК

ΔIБ ΔUКЭ=0

Следует отметить, что если изменение величины равно нулю, то

эта величина не изменяется т. е.h12 иh22 рассчитываются при посто-янном значении тока базы (IБ =const) а h11 иh21 при постоянном

значении напряжения на коллекторе (UКЭ=const).

Физический смыслh–параметров следующий:

h11=

ΔUБЭ

ΔIБ UКЭ=const

–– входное сопротивление, при корот-ком замыкании на выходе;

h12=

ΔUБЭ

ΔUКЭIБ=const

–– коэффициент обратной связи по на-пряжению;

h21=

ΔIК

ΔIБUКЭ=const

–– коэффициент передачи тока при

коротком замыкании на выходе;

h22=

ΔIК

ΔUКЭIБ=const

–– выходная проводимость при холо-стом ходе на входе.

Рис. 1.8.Схема замещения

транзистора на базе

коффициентаβ

Помимоh–параметров, для анализа ра-боты транзисторов применяются коэффици-енты передачи тока эмиттера(α=ΔIК/ΔIЭ)

и тока базы (β = ΔIК/ΔIБ). Значение

коэффициента α для современных тран-зисторов, подключенных по схеме с об-щим эмиттером, практически равно едини-це(α= 0,9. . .0,995), поэтому при анализе

схем с ОЭ он не применяется, а использует-ся для схем с общей базой. Намного боль-шее значение при расчёте схем с общим эмиттером имеет коэффици-ентβ, значение которого составляет β= (20. . .200). При грубых рас-чётах схем с ОЭ, коэффициентβможет использоваться как основной

параметр, характеризующих транзистор, В этом случае используется

схема замещения, приведённая на рисунке1.8.

1.1. Биполярный транзистор 11

1.1.4. Расчётh–– параметров

В нашей работе мы получимh–параметры графоаналитическим

методом из входных (h11, h12) и выходных (h21, h22) характеристик

транзистора.

При расчётеh–параметров необходимо обратить внимание на то,

что каждой точке характеристики соответствуют три величины:

•для входной характеристики ––IБ, UБЭиUКЭ;

•для выходной характеристики ––IК, UКЭиIБ.

Третий параметр, который отсутствует на осях рассматриваемой

характеристики, является величиной, для соответствующего значения

которой строилась зависимость. Для входных характеристик, обычно,

строятся две зависимостиIБ(UБЭ)для двух значенийUКЭ(в основном

это0и5В), для выходных –– зависимостиIК(UКЭ) для разных значе-нийIБ, различающихся на величину ΔIБ, которая имеется в справоч-ных данных на транзистор.

Следует обратить особое внимание на то, что все параметры рас-считываются на линейных (или близким к линейным) участках вход-ных и выходных характеристик транзистора.

Расчёт по входным характеристикам транзистора

Рис. 1.9.К расчётуh–параметров транзистораа––h11, б––h12

Расчёт параметра h11 =

ΔUБЭ

ΔIБ UКЭ=const

(рис. 1.9,а) производит-ся следующим образом: на одной из имеющихся входных характе-ристик (соответствующих выбранному напряжению на коллекторе ––

UКЭ=const) выбирается линейный (или максимально близкий к не-

12 1. Теоретическое введение

му) участок и на нём две точки (точки 1 и 2 на рис.1.9,a). Раз-ность напряжений базы, соответствующих этим точкам, даст нам

ΔUБЭ=UБЭ2−UБЭ1, а разность соответвующих значений тока –– изме-нение тока базыΔIБ=IБ2−IБ1.

При расчёте параметраh12=

ΔUБЭ

ΔUКЭ

IБ=const

(рис.1.9,б), мы выбира-ем значение тока базы, для которого будем производить расчёт (т. е.

обеспечиваем выполнение условия IБ =const), и на двух кривых,

построенных для разных значений напряжения коллектора, отмеча-ем соответствующие этому току точки (точки 3 и 4 на рис. 1.9,a).

Разность напряженийUБЭ, соответствующих этим точкам, даёт из-менение напряжения между базой и эмиттером:ΔUБЭ=UБЭ4−UБЭ3.

ВеличинаΔUКЭопределяется как разность между напряжениямиUКЭ,

для которых строились входные характеристики (для характеристик,

приведённых на рис1.9,aΔUКЭ= 5−0 = 5В).

Расчёт по выходным характеристикам транзистора

Рис. 1.10.К расчётуh–параметров транзистораа––h21, б––h22

Для расчёта параметрh21=

ΔIК

ΔIБ UКЭ=const

необходимо выбрать зна-чениеUКЭи на кривых, соответствующим двум значениям тока базы,

различающихся наΔIБ отметить соответствующие точки (точки 1 и

2 на рис.1.10,а). Разность значений IК, соответствующих этим точ-кам, даст нам значение ΔIК =IК2−IК1. Величина ΔIБ берётся из

справочника.

При расчёте параметраh22=

ΔIК

ΔUКЭ

IБ=const

, выбирается одна из име-ющихся характеристикIБи на ней отмечаются две точки (точки 3 и

4 на рис.1.10,б). Разность напряжений коллектора, соответствующих

1.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ) 13

этим точкам, даст намΔUКЭ=UКЭ4−UКЭ3, а разность соответвующих

значений тока — изменение тока коллектора(ΔIК=IК4−IК3).

Типовые значенияh–параметров для биполярных транзисторов

находятся в следующих пределах [2]:

h11 h12 h21 h22

. . .10

Ом 2∙10

−4

. . .2∙10

−3

20. . .200 10

−5

. . .10

−6

См

1.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ)

1.2.1. Усилители

Усилительэто устройство, преобразующее сигнал малой мощно-сти в сигнал большей мощности за счёт энергии источника питания.

Именно увеличение мощности выходного сигнала, по сравнению

с мощностью входного, является характерной особенностью усилите-ля и отличает его от других преобразующих устройств, в которых

изменяется либо напряжение, либо электрический ток, а мощность

остаётся постоянной (точнее уменьшается, т. к. КПД любого устрой-ства меньше единицы). Примером такого устройства может служить

повышающий трансформатор, преобразующий входное напряжение в

более высокое выходное, при этом мощность выходного сигнала, за

счёт потерь, будет ниже, чем мощность входного.

Рис. 1.11.Обобщённая структурная схема многокаскадного усилителя

Применяемые на практике усилители являются достаточно слож-ными устройствами, которые содержат в себе несколько усилительных

каскадов, обеспечивающих не только усиление входного сигнала, но

и согласование с источником и нагрузкой.

Усилительный каскадэто минимальный функциональный блок,

обеспечивающий усиление сигнала. Обычно в его состав входят один

или несколькоусилительных элементов(электронный прибор, обес-печивающий усиление сигнала –– транзистор или электронная лампа),

цепи обратной связи, элементы обеспечивающие режим по постоян-ному току, и т. д.

14 1. Теоретическое введение

На рис.1.11 приведена обобщённая структурная схема много-каскадного усилителя. В общем случае усилитель состоит из входно-го каскада (с коэффициентом усиления КВХ), одного или нескольких

каскадов предварительного усиления (КПУ1. . . КПУn), и выходного кас-када (КВЫХ).

Основной задачей входного и выходного каскадов является со-гласование усилителя с источником сигнала и нагрузкой, обычно это

делается с целью получениясогласованного режима работы цепи

Каскады предварительного усиления обеспечивают необходимый уро-вень усиления сигнала. Если необходимый уровень выходного сигнала

нельзя получить с помощью одного каскада, то ставят дополнительные,

в количестве, обеспечивающем требуемый коэффициент усиления.

Важнейшей величиной, характеризующей усилительный каскад,

являетсякоэффициент усиления, равный отношению уровня выход-ного сигнала к уровню входного. Различают три коэффициента уси-ления –– коэффициент усиления по напряжению, току и мощности:

КU=

UВЫХ

UВХ

, К

I =

IВЫХ

IВХ

, КP=

PВЫХ

PВХ

IВЫХUВЫХ

IВХUВХ

=КUКI

Исходя из определения усилителя (стр.13) любой усилитель уве-личивает мощность входного сигнала, и значит основным коэффици-ентом усиления должен быть коэффициент усиления по мощности,

однако при проектировании усилителей акцент ставится на усиление

одной из трёх величин, поэтому различают усилители напряжения,

тока и мощности. Обычно информация в электронных устройствах

передаётся путём изменения уровня напряжения, поэтому в литера-туре наиболее распостранён КU, и, в ряде случаев, он принимается за

определение коэффициента усиления вообще.

При расчёте коэффициента усиления многокаскадного усилителя

соответствующие коэффициенты усиления каскадов перемножаются:

КU=КU1∗КU2∗. . .∗КUn

Помимо коэффициента усиления, в широко используются ампли-тудно–частотная (АЧХ) и амплитудная характеристики усилителя.

В согласованном режим работы выходное сопротивление источника сигнала равно вход-ному сопротивлению нагрузки (например выходное сопротивления источника сигнала и

входное сопротивление входного каскада). В этом случае обеспечивается максимальная

мощность, но КПД будет равен50 %, поэтому согласованный режим, в основном, использу-ется в маломощных радиоэлектронных цепях, работающих со слабыми сигналами.

1.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ) 15

Амплитудно–частотная характеристика (АЧХ)(рис. 1.12)

показывает зависимость коэффициента усиления от частоты.

Рис. 1.12.Амплитудно–частотная характеристика усилителя

Для анализа АЧХ усилителя наибольший интерес представляет

участок, на котором коэффициент усиления практически не зависит

от частоты и обозначается КСР. Этот участок ограничен в области

низких частотнижней граничной частотойfН, а в области высо-ких —верхней граничной частотой fВ (рис. 1.12). Значения fНи

fВопределяются величинойкоэффициента частотных искажений,

равного отношению коэффициента усиления на средней частоте (fСР),

к коэффициенту усиления на нижней (fН) или верхней (fВ) частоте:

KUСР

KUН

илиM=

KUСР

KUВ

Обычно допустимые значения коэффициентов частотных искажений

не превышают величину

√

Частоты меньшеfНи вышеfВобразуют области частотных иска-жений и не используются в работе усилителя.

Полоса пропускания усилителяΔf, характеризует диапазон ча-стот, на котором коэффициент искаженийMне превышает допусти-мые значения и равен разности между верхней и нижней частотами

усилителя:

Δf =fВ−fН

В зависимости от величинfНиfВусилители делятся на:

1.Усилители медленно изменяющихся сигналов(или усилите-ли постоянного тока, УПТ) – у них нижняя частота АЧХ мала

и приближается к0 (fН→0)а верхняя частота может достигать

. . .10

Гц.

16 1. Теоретическое введение

2.Усилители низкой частоты(УНЧ) – нижняя частота равна

десяткам герц, верхняя достигает сотен килогерц (для усили-телей звуковой частоты(УЗЧ) —fВ= 15. . .20 000Гц).

3.Усилители высокой частоты(УВЧ) – диапазон частот начи-нается от сотен килогерц и простирается до десятков и сотен

мегагерц.

4.Широкополосные усилители(ШПУ) – усиливают частоты от

десятков герц до сотен мегагерц (в основном применяются в

импульсной технике).

5.Узкополосныеилиизбирательные усилители– применяются

для усиления сигналов в узком диапазоне частот (в идеале уси-ливается одна частота).

Рис. 1.13.Амплитудная

характеристика усилителя

Амплитудная характеристи-ка усилителя(рис. 1.13) характери-зует зависимость выходного напряже-ния от входного на средних частотах.

При отсутствии входного сигна-ла (UВХ = 0)на выходе имеется

напряжениеUШ, обусловленное вну-тренними шумами усилителя. Мини-мальное входное напряжение долж-но быть не менее чем в 2. . . 3 ра-за больше уровня внутренних шумов

(UВЫХ(UВХmin) >(2. . .3)UШ). Прямо-линейный участокABявляется рабо-чим. УчастокBCобусловлен нелиней-ностью усилительных элементов при высоком уровне сигнала.

Таким образом, при уровне входного сигнала меньшеUВХminмы не

сможем отличить полезный сигнал от помех, а в случаеUВХ>UВХmax

выходной сигнал будет иметь нелинейные искажения.

1.2.2. Усилительный каскад с ОЭ

Усилительный каскад с общим эмиттером (рис.1.14) является

одним из самых распостранённых и применяется в каскадах предва-рительного усиления многокаскадных усилителях.

Название схемы «с общим эммитером» означает, что вывод эмит-тера является общим для входной и выходной цепи. В этом случае

1.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ) 17

вывод эмиттера называется общим (обозначается знаком «⊥», также

используется термин «земля»), а все потенциалы измеряются относи-тельно него.

Усилительный каскад с общим эмиттером работает следующим

образом:

1. При увеличении входного напряжения(UВХ↑)ширинаp−nпе-рехода между коллектором и базой уменьшается, в результате

возрастает ток в цепи эмиттера (IЭ↑, см. рис. 1.3), а выходное

сопротивление транзистора (между коллектором и эмиттером)

уменьшается(RВыхТр↓), а следовательно уменьшается и падение

напряжения на выходе транзистора(IЭRВыхТр=UВых↓).

2. При уменьшении входного напряжения(UВХ↓)ширинаp−nпе-рехода между коллектором и базой увеличивается, в результате

чего ток в цепи эмиттера уменьшается (IЭ↓, см. рис. 1.3), а вы-ходное сопротивление транзистора (между коллектором и эмит-тером) увеличивается(RВыхТр↑), следовательно увеличивается и

падение напряжения на выходе транзистора(IЭRВыхТр=UВых↑).

Рис. 1.14.Усилительной

каскад с общим

эмиттером

Таким образом, усилительный каскад с

общим эмиттером сдвигает фазу выходного

сигнала, относительно входного, на180

Характер изменения выходного напряже-ния, при изменении входного от минимально-го до максимального, определяетсястатиче-ской нагрузочной характеристикой:

EК=UКЭ+RКIК

или

UКЭ=EК−RКIК

Это выражение получено на основе II за-кона Кирхгофа (рис. 1.14) и из него хорошо видна роль резистора

RК–– фактически он определяет характер изменения выходного сигна-ла, а при его отсутствие(RК= 0), напряжение на выходе усилителя

будет определятся исключительно источником питания:

EК=UКЭ.

При(RК6= 0), падение напряжения на RКбудет зависеть от ве-личины тока коллектораIК, связанного с величиной тока базы коэф-

18 1. Теоретическое введение

фициентомβ: IК=βIБ. Отсюда следует, что напряжение на выходе

каскада будет по форме повторять напряжение на входе.

Статическая нагрузочная характеристика определяет закон из-менения выходного сигнала и строится на выходной характеристике

транзистора. Эта характеристика является прямой линией, для по-строения которой достаточно двух точек, например точек её пере-сечения с осями. Выходная характеристика транзистора показывает

зависимостьIКотUКЭ, поэтому рассмотрим значения нагрузочной ха-рактеристике приIК= 0(точкаc) иUK= 0(точка <d») (рис.1.15):

UКЭ=EК|

IК=0

IК=

EК

RКUКЭ=0

Величина ЭДС источника питанияEКвыбирается несколько мень-ше максимально допустимого напряжения на коллекторе, задаваемого

в характеристиках транзистора, в пределахEК= (0,7. . .0,9)UКЭmax

ВеличинаRКвыбирается из условия передачи максимальной мощ-ности (согласованного режима):RК≈RВыхТр= 1/h22, что для бипо-лярного транзистора составит0,5. . .10кОм.

Характер нагрузочной характеристики и коэффициент усиления,

при заданной ЭДС источника питания EК, определяется величиной

нагрузочного резистораRК, обеспечивающего необходимый уровень

падения напряжения на выходе каскада и ограничивает ток коллектора.

Рис. 1.15.Нагрузочная

характеристика

Рис. 1.16.Нагрузочная характеристика с

ограничениями (штриховкой выделена

область с недопустимыми значениями

выходного сигнала)

1.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ) 19

Положение точекс иdограничено максимально допустимыми

значениями тока (IКmax), напряжения (UКЭmax) и мощности (PКmax),

которые приведены в справочных данных транзистора (рис.1.16).

Нагрузочная характеристика является основой графоаналитиче-ского метода расчёта усилительного каскада.

1.2.3. Режим работы по постоянному току

Режим работы по постоянному току является важнейшей харак-теристикой усилительного каскада и характеризует его работу при

отсутствии в напряжение на входе усилительного каскада переменной

составляющей, которая и является усиливаемой величиной.

Режим работы по постоянному току характеризуется положением

рабочей точки–– точки на нагрузочной характеристике, соответствую-щей нулевому уровню переменной составляющей входного напряжения.

На рисунке1.15мы видим, что нагрузочная линия, как и выход-ные характеристики транзистора, находятся с одной стороны от оси

UКЭ, следовательно на выходе усилительного каскада будет сигнал од-ной полярности, а составляющие противоположной полярности будут

утеряны.

Положение рабочей точки определяется величиной и знаком по-стоянной составляющей входного напряжения напряженияUБЭ0. Если

входное напряжение меняется по закону синуса, то получим следую-щее выражение:

u=UБЭ0+UБЭmsinωt

В зависимости от положения рабочей точки на нагрузочной ха-рактеристике различают три класса усилителей:

Класс «А»(рис.1.17,б) –– режим, при котором напряжение в вы-ходной цепи изменяется в течении всего периода входного сигнала. В

этом случае рабочая точка находится посредине участка нагрузочной

характеристики, соответствующего линейному участку характеристик

транзистора а входной и выходной сигналы являютсяпульсирующи-ми

. Отсюда следует, что при нулевом сигнале на входе (напомним,

что входным сигналом для нас является переменная составляющая),

напряжение на выходе будет равноUКЭ0. Отсюда следует, что при

нулевом сигнале на входе, напряжение на выходе будет равноUКЭ0.

Пульсирующийсигнал меняется только по величине, знак остаётся постоянным, т.е.

это сигнал одной полярности.

20 1. Теоретическое введение

Рис. 1.17.Режимы работы усилителя

а–– входной сигнал;

б–– класс А;

в–– класс B;

г–– класс C;

Следует обратить внимание на

то, что в связи с нелинейностью

характеристик транзистора в обла-сти низких значений тока коллекто-ра, максимальное амплитудное зна-чение выходного сигнала(UКЭm)бу-дет несколько меньшеUКЭ0.

Достоинством класса А явля-ются малые нелинейные искаже-ния, однако КПД каскада η =

=P∼/P0 (P∼–– выходная мощность,

P0–– мощность, потребляемая от ис-точника питания) мал ––0,5.