Основы электронной техники (стр. 25 )

Таким образом, статический режим работы транзистора определяется следующими условиями: Ve = - 8,8 В, Vb = - 8,2 В, Vc = - 4 В.

Рис. 22.7. Усилитель на прп-транзисторе с отрицательным напря­жением питания —VCC.

Рис. 22.8. Влияние базового тока Ib.

Базовый ток

Базовый ток Ib (рис. 22.8) течет от положительной шины источника пита­ния через резистор R1 и эмиттерный переход транзистора к эмиттеру. Та­ким образом, через резистор смещения R1 протекают два тока: ток покоя Is (протекающий также через резистор R2) и базовый ток (не протекаю­щий через R2). За счет базового тока падение напряжения на резисторе R1 возрастает на величину IbR1. Поскольку VR1 + VR2 = VCC, то увеличе­ние VR1 приводит к уменьшению VR1, т. е. к уменьшению напряжения на базе. В нормальных условиях ток Ib очень мал, и им можно пренебречь, считая, что Vb полностью определяется резистивным делителем R1 — R2.

Однако при большой величине базового тока (например, когда транзи­стор работает в сильноточном режиме) или при очень большом сопроти­влении резистора R1 изменение напряжения на базе, связанное с током Ib, начинает влиять на статические условия работы транзистора, и это изменение нужно принимать во внимание.

Рассмотрим схему на рис. 22.8. При нормальных условиях базовый ток, например 10 мкА, создает на резисторе R1 падение напряжения IbR1 = 10 · 10-6 · 15 · 103 = 150 · 10-3 = 0,15 В. Как видим, это мало по сравнению с напряжением на базе 1,8 В, определяемым цепью сме­щения R1 — R2. Если теперь перевести транзистор в состояние высокой проводимости с большим пропускаемым током, то базовый ток также воз­растет. Предположим, что он увеличится до 80 мкА. Тогда падение на­пряжения на резисторе R1, создаваемое таким базовым током, составит 80 · 10-6 · 15 · 103 = 1,2 В. На эту величину, т. е. от 1,8 В до 0,6 В, уменьшится напряжение на базе транзистора.

Смещение базовым током

Базовый ток можно использовать для задания нормального смещения транзистора, как показано на рис. 22.9. В этой схеме резистор R2 исклю­чен и используется только резистор R1 с очень большим сопротивлением. Ток Ib теперь полностью определяет падение напряжения на этом ре­зисторе (ток покоя отсутствует). Величина этого падения напряжения достаточна для создания нормального смещения.

Для базового тока величиной 10 мкА (рис. 22.9) напряжение на базе рассчитывается следующим образом:

VR1 = IbR1 = 10 · 10-6 · 390 · 103 = 3,9 В.

Напряжение на базе — это напряжение между базой и шасси, т. е.

Vb = VCC – VR1 = 6 – 3,9 = 2,1 В.

Преимущество схемы на рис. 22.9 — высокое входное сопротивление, обусловленное отсутствием резистора R2, шунтирующего вход, недоста­ток — полное отсутствие стабильности по постоянному току.

Отсечка и насыщение

Говорят, что транзистор находится в состоянии отсечки, когда он пере­стает проводить, т. е. когда его ток равен нулю. При Ie = 0 падение напряжения на резисторе R4 отсутствует (рис. 22.10).

Рис. 22.9. Смещение базовым током.

Рис. 22.10. Условие отсечки тран­зистора:

Ve = 0, Vc = VCC.

Рис. 22.11. Условие насыщения транзистора; Ve ≈ Vc.

Следовательно, на­пряжение на эмиттере также равно нулю. Поскольку Ic = 0, то падение напряжения на резисторе R3 отсутствует и напря­жение на коллекторе равно напряжению питания VCC. Таким образом, напряжение между коллектором и эмиттером VCE = Vc – Ve также равно напряжению питания VCC.

Говорят также, что транзистор находится в состоянии насыщения, ко­гда пропускаемый им ток настолько велик, что дальнейшее увеличение этого тока невозможно, т. е. когда Ie и Ic достигают своих максималь­ных значений. При увеличении Ie увеличивается также Ve (рис. 22.11). При увеличении Ic возрастает падение напряжения на резисторе R3, что приводит к уменьшению напряжения на коллекторе относительно VCC и приближению его к напряжению на эмиттере. Таким образом, при увеличении тока транзистора напряжения на эмиттере и коллекторе приближаются друг к другу. В состоянии насыщения, когда ток транзистора максимален, напряжения Ve и Vc становятся практически одинаковыми, т> е. vce практически равно нулю. На рис. 22.11 указаны типичные значения напряжений в схеме, когда транзистор находится в состоянии насыщения.

Таким образом, транзистор можно использовать в качестве ключа (рис. 22.12):

ключ ЗАМКНУТ — транзистор в состоянии насыщения,

ключ РАЗОМКНУТ — транзистор в состоянии отсечки.

Рис. 22.12. Транзисторный ключ.

23

Усилитель с общим эмиттером – режим усиления переменного тока

Разделительный конденсатор

Создание связи по переменному току необходимо, чтобы запретить протекание постоянного тока между определенными точками схемы и обес­печить при этом свободное прохождение переменного тока. Электрон­ные компоненты, обеспечивающие связь по переменному току, например конденсаторы или трансформаторы, обычно устанавливаются на входе и выходе усилителя. Таким образом, заданный режим покоя (статический режим) транзистора не влияет на статические режимы предыдущего и последующего каскадов.

В схеме, приведенной на рис. 23.1. конденсатор связывает точки А и В по переменному току, a R – нагрузочный резистор. Для постоянного тока конденсатор действует как разрыв цепи, полностью блокируя протекание постоянного тока между точками А и В. По этой причине конденсатор связи называют блокировочным или разделительным конденсатором.

Удовлетворительное качество связи по переменному току достигается только в том случае, когда реактивное сопротивление Хс конденсатора на рабочей частоте много меньше сопротивления нагрузочного резистора R. Тогда на этом конденсаторе падает (и теряется) очень малая часть напряжения входного сигнала. Например, если Vвх = 100 мВ, то связь по переменному току можно считать удовлетворительной, когда выходное напряжение Vвых = 95 мВ и на разделительном конденсаторе падает 5 мВ (5%). Требуемую емкость разделительного конденсатора определяют два фактора.

I.  Сопротивление загрузочного резистора R. Считая, что удовлетвори­тельная связь но переменному току достигается, когда Хс = R/20, для R = 1 кОм получаем Хс = 50 Ом.

Рис. 23.1. Установка разделительного Рис. 23.2. Влияние развязывающего конденсатора. конденсатора.

Указаны потен­циалы точки А без развязывающего конденсатора (а) и с развязывающим конденсатором (б).

Предположим, что рабочая частота f = 300 Гц. Поскольку Хc = 1/2πfC1, то

Если сопротивление нагрузочного резистора увеличить до 100 кОм, то Хc= R/20 = 1/20·100 = 5 кОм

Таким образом, если сопротивление нагрузочного резистора увеличить в 100 раз (с 1 кОм до 100 кОм), то емкость разделительного конденсатора можно уменьшить в той же пропорции (с 10 мкФ до 0,1 мкФ).

Вообще, чем больше сопротивление нагрузочного резистора, тем мень­ше требуемая емкость разделительного конденсатора.

2. Рабочая частота. Возьмем в качестве исходного вышеприведенный пример, где удовлетворительная связь по переменному току достига­лась при С = 10 мкФ и R = 1 кОм для f = 300 Гц.

Если теперь рабочую частоту увеличить до 300 кГц, то с учетом усло­вия Хс = R/20 = 50 Ом получаем

Таким образом, если рабочую частоту увеличить в 1000 раз (с 300 Гц до 300 кГц), то емкость разделительного конденсатора можно уменьшить в 1000 раз (с 10 мкФ до 0,01 мкФ).

Вообще, при заданном сопротивлении нагрузочного резистора для низ­ких рабочих частот необходимо использовать разделительные конденсаторы большой емкости, и наоборот.

Когда речь идет о рабочем диапазоне частот, емкость разделительно­го конденсатора определяется наименьшей частотой из этого диапазона. Обращаясь к рассмотренным выше примерам, мы видим, что конденсатор) емкостью 10 мкФ в соответствии с расчетами обеспечивает адекватную связь по неременному току при частоте 300 Гц и тем более при частоте 300 кГц. С другой стороны, конденсатор емкостью 0,1 мкФ обеспечива­ет адекватную связь при частоте 300 кГц, но непригоден для реализации связи по переменному току при частоте 300 Гц.

Развязка

На рис. 23.2(6) показан конденсатор С. обеспечивающий развязку рези­стора R. В отсутствие конденсатора (рис - 23.2(^.1) в точке А постоянный потенциал равен 10 В, а переменный потенциал сигнала - 10 мВ. Кон­денсатор, представляющий собой разрыв цени для постоянного тока, не оказывает никакого влияния на постоянный потенциал точки А, Одна­ко если емкость этого конденсатора такова, что па рабочей частоте его реактивное сопротивление существенно меньше сопротивления резистора R, то конденсатор будет эффективно осуществлять короткое замыкание сигнала переменного тока на землю. Таким образом, потенциал точки А по переменному току будет равен нулю. ёмкость конденсатора С, обес­печивающая удовлетворительную развязку, определяется сопротивлени­ем резистора R и рабочей частотой - но тем же самым формулам, ко­торые использовались для расчета емкости разделительного конденса­тора.