Предисловие (стр. 9 )

Uу = 0,23 В.

Линеаризируем входную характеристику в рабочей точке. С этой целью в окрестности точки n (рис. 2.3,б) проведем прямую так, чтобы она на возможно большем участке совпала с касательной к кривой Iб = F(uэб) в точке n. Крайними точками проведенной прямой будем считать точки p и m. В точке p ток Iб = 400 мкА и напряжение uэб = 0,27 В. В точке m Iб = 150 мкА и uэб =0,23 В. Этим точкам соответствуют одноименные точки p’ и m’ на рис. 2.3,в.

В точке p’ ток коллектора Iк = 18,6 мА, напряжение Uэк = 1 В, в точке m’ Iк =8,6 мА, напряжение Uэк = 6 В. Таким образом, при подаче на вход схемы синусоидального напряжения с амплитудой Uэб тax = 0,02 В в цепи управления появится синусоидальная составляющая тока, имеющая амплитуду Iб тax= Iу тax=(400-150)/2= 125 мкА, а в выходной цепи, кроме постоянного тока Iк0, появится синусоидальный ток с амплитудой

Iк тax = (18,6 – 8,6)/2 = 5 мА.

При этом на выходных зажимах транзистора будет действовать синусоидальная составляющая напряжения, имеющая амплитуду

Uэк тax = (6 – 1)/2 =2,5 В.

Найдем искомые коэффициенты усиления. Коэффициент усиления по току

Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по мощности

Входное сопротивление транзистора между зажимами эмиттер – база для синусоидальной составляющей равно

Ом

Выходное сопротивление между зажимами эмиттер – база для синусоидальной составляющей равно

Ом

В тепловом отношении транзистор работает в ненапряженных условиях, так как мощность, выделяемая в нем в режиме, соответствующем точке n, равна

Uэк0Iк0 = 3,5 В × 13 = 45,5 мВт,

Графический метод позволяет анализировать изменения режимов работы каскада при изменении входного сигнала. Рассмотрим четыре характерных режима.

1. Если постоянная составляющая входного сигнала окажется лишь не на много больше оптимального значения, например Eyo = =0,27 В, то изменится положение точки n’ на линии нагрузки – она сместится вверх в то место, где была точка p’. Тогда верхняя полуволна тока коллектора и напряжения на нагрузке будут обрезаны (в нагрузку пройдет только нижняя полуволна). Это так называемый режим насыщения.

2. Если постоянная составляющая окажется ниже оптимального значения, например Eyo = 0,2 В, то точка n’ сместится вниз и окажется вблизи оси абсцисс. При этом в нагрузку не пройдет нижняя полуволна переменного сигнала (это режим отсечки).

3. Если амплитуда входного сигнала окажется больше оптимальной, например 0,04sinωt, то верхняя и нижняя полуволны выходного сигнала будут обрезаны и вместо синусоиды ток и напряжение на нагрузке будут иметь трапецеидальную переменную составляющую.

4. Если сопротивление нагрузки велико, например Rн = 1 кОм, то изменится наклон линии нагрузки (она пройдет через другую точку на оси ординат Iк= 10 мА). При этом точка n’ окажется на оси ординат и верхняя полуволна выходного сигнала будет обрезана. Такая же ситуация окажется, если уменьшить напряжение питания, например Eко = 5 В. Тогда линия нагрузки пройдет через точки Uэк=5В и Iк=10 мВ.

Таким образом, усилительный каскад обеспечивает усиление сигнала без существенного искажения только при строго определенных значениях входного напряжения, напряжения питания и сопротивления нагрузки.

Постоянную составляющую напряжения в цепи управления можно получить как часть напряжения питания, используя делитель напряжения на двух резисторах (рис. 2.8) или с помощью одного резистора (рис. 2.4). Если определены ток базы Iб0 и напряжение Uбэ0 (в так называемом режиме работы по постоянному току), то сопротивление Rб (рис. 2.4) можно определить Rб.= (Е - Uбэ0)/ Iб0

Конденсаторы Свх и Свых служат для выделения переменной составляющей сигнала (постоянный ток через них не проходит).

Для конкретного транзистора, выбранного из эксплуатационных или других соображений, расчет усилительного каскада выполняют следующим образом:

1.  На семействе выходных характеристик отмечают область допустимых режимов работы транзистора (рис. 2.5). Эта область ограничивается сверху максимально допустимым током коллектора Iк. max, справа – максимально допустимым напряжением Uэк. max и максимально допустимой мощностью Pк. max.

2.  Проводят линию нагрузки, несколько отступив от границ допустимой области работы. При этом определяются напряжения питания Е и сопротивление нагрузки Rн, которые должны быть из стандартного ряда значений этих величин.

3.  Строят переходную характеристику Iк(Iб), для чего на координатной плоскости Iк(Iб) по оси Iб откладывают значения токов базы, названные на семействе выходных характеристик (300, 600, 900 мкА на рис. 2.5). Затем точки пересечения линий нагрузки с выходными характеристиками Iк (Uэк) для разных токов базы сносят на координатную плоскость Iк (Iб) и соединяют их линией (иногда вместо переходной пользуются передаточной характеристикой Iк (Uэб) .

4.  Строят входную характеристику Iб(Uэб), повернутую ее на 90o так, чтобы ось Iб была параллельна оси Iб на переходной характеристике (и в том же масштабе).

5.  На середине линии нагрузки выбирают точку n′, проектируют ее на переходную характеристику (точку n″) и далее на входную характеристику (точка n).Этим самым определяют величину Uбэ0 – постоянную составляющую напряжения в цепи управления (напряжение смещения).

6.  Используя относительно линейный участок входной характеристики Iб(Uэб), находят положение точек р и m, тем самым определяя амплитуду переменного сигнала в цепи управления.

7.  Проектируя точки p и m на переходную характеристику и затем на семейство выходных характеристик находят положения точек р′ и m″, тем самым определяя амплитуды переменного тока коллектора и напряжения на транзисторе.

Важными параметрами транзистора являются так называемые малосигнальные h-параметры. Они характеризуют работу транзистора в основных режимах его работы – при малых изменениях токов и напряжений. Принято определять h-параметры, исходя из представления транзистора четырехполюсником (рис. 2.6). Внутри четырехполюсника находится транзистор, подключенный по одной из схем ОБ, ОК, ОЭ.

Связь между входными (U1, I1) и выходными (U2, I2) напряжениями и токами можно выразить системой двух уравнений:

DU1 = h11DI1 + h12DU2 ;

DI2 = h21DI1 + h22DU2.

В качестве независимых переменных приняты приращения входного тока DI1 и выходного напряжения DU2, а DU1 и DI2 выражают через h-параметры:

- h11=DU1 / DI1 – входное сопротивление транзистора при U2 = const;

- h12=DU1 / DU2 – коэффициент обратной связи по напряжению при I1 = const;

- h21=DI2 / DI1 – коэффициент передачи тока при U2 = const;

- h22=DI2 / DU2 – выходная проводимость транзистора при I1 = const.

Конкретные значения h-параметров зависят от схемы включения, т. е. от того, какие напряжения и токи являются входными и выходными. При этом к h-параметру добавляют соответствующий индекс. Так, для схемы ОЭ коэффициент передачи тока будет обозначен h21э.

Системе уравнений с h-параметрами соответствует схема замещения транзистора для малого переменного сигнала (рис.2.7,а), На этой схеме обычно опускают знак Δ перед токами и напряжениями, заменяя их словами в названии «для малого переменного сигнала». В первом уравнении четырехполюсника слагаемым h12DU2 обычно пренебрегают, поскольку параметр h12 имеет очень малое значение. Оставшейся части первого уравнения четырехполюсника DU1 = h11DI1 соответствует входная цепь на рис 2.7.

Во втором уравнении четырехполюсника первое слагаемое можно представить на схеме замещения транзистора в виде зависимого источника тока J = h21DI1, а второе – в виде тока через резистор величиной, равной 1/ h22.

Усилительный каскад (рис. 2.4) может быть представлен для малого переменного сигнала схемой замещения (рис. 2.7,б).

Можно считать, что резистор Rб включен параллельно входу (через низкоомный источник питания). Однако обычно Rб >> h11, поэтому первым сопротивлением можно пренебречь. Тогда входной ток iвх будет определяться только входным сопротивлением транзистора h11: