В качестве справочной литературы рекомендуется «Справочник по

полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам

под редакцией , М.;1979 г.»

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА УСИЛИТЕЛЯ

Техника располагает большим количеством устройств, объединенных одним названием – усилители. Несмотря на разную физическую природу носителей энергии во всех усилителях осуществляется регулирование поступления потока этой энергии в нагрузку. При этом, как правило, затраты энергии в регуляторе во много раз меньше изменений потока энергии в нагрузке.

Рис. 1 Регулирование потока воды в нагрузку

с помощью задвижки.

Например, затратив незначительную энергию на перемещение задвижки в водопроводе (рис. 1), можно осуществить большие изменения потока воды, поступающей в нагрузку. В положении 1 задвижки поток воды в нагрузку полностью перекрыт. В положении 2 задвижки поток воды в нагрузку полностью открыт.

В качестве еще одного примера рассмотрим простое электрическое устройство – делитель напряжения (рис. 2).

Элементами делителя напряжения являются резистор и потенциометр, собранный на переменном резисторе. Делитель напряжения подключен к источнику ЭДС . В положении 1 движка Б напряжение . В положении 2 движка Б напряжение.

Перемещая движок Б переменного резистора от положения 1 до положения 2 можно плавно изменять сопротивление потенциометра от 0 Ом до полной величины сопротивления . Соответственно выходное напряжение делителя изменяется от 0 В до .

 

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Рис. 2 Делитель напряжения.

Отметим, что изменение выходного напряжения делителя осуществляется с помощью механического перемещения движка потенциометра Б. Прикладывая небольшие затраты энергии на это перемещение можно получать значительные изменения указанного напряжения.

С точки зрения принципа работы рассмотренного устройства не играет роли, каким образом осуществляется изменение сопротивления RКЭ.

Оба приведенные в качестве примера устройства являются усилителями, так как с помощью небольших затрат энергии регулируются потоки, носителями которых в первом случае является вода, а во втором – движущиеся электрически заряженные частицы.

На рис.3 показан простейший полупроводниковый усилитель, в котором в качестве регулятора потока энергии использован биполярный транзистор. Работа транзистора совместно с последовательно соединенным с ним резистором называется динамическим режимом работы транзистора.
 
Сравнивая рис.3 с рис.2, можно отметить, что приведенная на рис. 3 схема тоже является делителем напряжения, плечами которого являются постоянный резистор и со сопротивление между эмиттером и коллек - тором транзистора.

 

Рис. 3. Простейший усилитель электрического сигнала

на биполярном транзисторе.

Напомним, что выводами биполярного транзистора являются Э – эмиттер, К – коллектор, Б – база. Сопротивление участка цепи между эмиттером и коллектором определяется числом носителей электричества на этом участке, которое в свою очередь зависит от напряжения UБЭ между эмиттером и базой транзистора, а также током базы . Таким образом, изменяя напряжение UБЭ в слаботочной цепи базы, можно изменять ток IК в сильноточной цепи коллектора и напряжение UКЭ между эмиттером и коллектором. Это напряжение является выходным напряжением усилителя.

Количественная связь между токами и напряжениями транзистора определяется статическими входной и выходной характеристиками. Для рассматриваемого примера выбираем транзистор ГТ122 А, характеристики которого ориентировочно удовлетворяют исходным данным.
 
Входная статическая характеристика (рис. 4, а) показывает связь между током базы IБ и напряжением между базой и эмиттером UБЭ. Каждая из кривых семейства входных характеристик строится при фиксированном напряжении UКЭ между коллектором и эмиттером UКЭ транзистора.

 

Рис. 4. Статические характеристики, рассматриваемого в примере биполярного транзистора ГТ 122 А в схеме с общим эмиттером:

а) входная характеристика; б) выходная характеристика.

Выходная характеристика (рис.4, б) показывает связь между током коллектора IК и напряжением между коллектором и эмиттером UКЭ. Каждая из кривых семейства выходных характеристик строится при фиксированном токе базы IБ транзистора. Статические характеристики определяются свойствами только транзистора.

 

Рис. 5 Динамический режим работы транзистора

Динамический режим работы транзистора ( Рис.5) – это режим, при котором изменения напряжения Uэб и тока Iб на входе транзистора вызывают изменения напряжения Uэк и тока Ik на его выходе. Это возможно в том случае, если транзистор совместно с сопротивлением Rk образует регулируемый делитель напряжения. При этом сопротивление плеча делителя напряжения, образованного транзистором зависит от тока базы Iб этого транзистора.

Уравнения второго закона Кирхгофа для указанного на схеме контура имеют вид

(1)

Уравнение (1) называют уравнением динамического режима работы транзистора. Это уравнение зависит от величины активного сопротивления в цепи коллектора транзистора и при неизменной величине этого сопротивления соответствует уравнению прямой линии, координаты которой на выходной характеристике транзистора Рис.6 определяются следующим образом:

- в режиме насыщения транзистора напряжение равно нулю. Подстановка этого значения в уравнение второго закона Кирхгофа (1) определяет величину тока насыщения транзистора . Отметим, что величина тока зависит от выбора величины сопротивления

- в режиме отсечки транзистор практически заперт и ток коллектора равен нулю. Подстановка этого значения в уравнение второго закона Кирхгофа (1) определяет величину напряжения . Отметим, что величина не зависит от выбора величины сопротивления .


Пересечение линии динамической работы транзистора с любой из семейства выходных характеристик транзистора определяет соотношение между напряжениями и делителя напряжения так, что они всегда удовлетворяют уравнению (1) второго закона Кирхгофа.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3