WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 

«1. Модели биполярных транзисторов для режима малого сигнала. 2. Усилительный каскад на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим ...»

138

Лекция 5

УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД

НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

План

1. Модели биполярных транзисторов для режима малого сигнала.

2. Усилительный каскад на биполярном транзисторе, включенном по

схеме с общим эмиттером.

3. Выводы.

1. Модели биполярных транзисторов для режима малого сигнала

В схемах усилителей токи и напряжения содержат как постоянные, так и переменные составляющие. Постоянные составляющие необходимы для того, чтобы обеспечить нужное смещение транзистора. Переменные составляющие содержат полезную информацию. Эти составляющие необходимо усилить и передать без искажения.

Для упрощения анализа используют метод наложения, т. е. рассчитывают схему отдельно для переменной и постоянной составляющих. Переменные (сигнальные) составляющие имеют значительно меньшую величину, чем постоянная. Поэтому расчет по переменной составляющей называют анализом в режиме малого сигнала. Модели транзистора для режима малого сигнала содержат только линейные элементы.

Для того чтобы получить модель биполярного транзистора для режима малого сигнала, рассмотрим схему на рис. 14.1. В цепь база-эмиттер включены источник постоянного напряжения Еб, обеспечивающий прямое смещение эмиттерного перехода, и источник входного сигнала uвх.

Ток коллектора iк I э0 e Eб uвх Vt I э0 e Eб Vt e uвх Vt I к e uвх Vt.

Здесь I э 0 – обратный ток эмиттерного перехода, I к I э 0 e Eб Vt – постоянная составляющая тока коллектора.



Разложим экспоненту в последнем выражении в ряд Тейлора. Если переменная составляющая входного напряжения невелика, т.е.

u вх Vt, то в разложении можно ограничиться двумя первыми членами:

u iк I к 1 вх.

Vt Рис. 14.1 Переменная составляющая тока коллектора Iк iк u вх g m u вх. (14.1) Vt Коэффициент пропорциональности g m I к Vt называют крутизной или передаточной проводимостью биполярного транзистора. Как следует из (14.1), крутизна пропорциональна постоянной составляющей тока коллектора I к и обратно пропорциональна постоянной Vt. Например, если I к 10 мА, при комнатной температуре g m 400 мА В. Таким образом, в режиме малого сигнала биполярный транзистор можно рассматривать как источник тока, управляемый напряжением uвх.

Определим теперь переменную составляющую тока базы. Полный ток базы i I 1I iб iб iб к к к

–  –  –

Полученным равенствам соответствуют малосигнальные модели на рис. 14.2 а, б.

Зависимость (14.2) моделирует управляемый источник тока, а линейная связь между iб и uвх представлена резистором, включенным между базой и эмиттером.

–  –  –

В последнем выражении I б – постоянная составляющая тока базы.

Эквивалентные схемы на рис. 14.2, а, б называют гибридными П-образными моделями биполярного транзистора. Таким образом, при малых переменных напряжениях, не превышающих Vt, биполярный транзистор эквивалентен источнику тока, управляемому напряжением u бэ либо током iб.

Анализ цепей с биполярными транзисторами в режиме малого сигнала выполняется в следующем порядке.

1. Определяется рабочая точка транзистора, т. е. постоянные составляющие тока коллектора I к и напряжения U кэ. Схему для определения рабочей точки получают, заменяя индуктивные элементы закоротками, а емкостные – разрывами. Источники переменных сигналов из схемы исключают, оставляя только источники постоянных напряжений и токов.

2. По результатам расчетов, выполненных на первом шаге, рассчитываются параметры модели для режима малого сигнала:

g m I к Vt, r g m, rэ Vt I э.

3. Составляется расчетная схема для режима малого сигнала. Транзистор заменяется одной из моделей для режима малого сигнала (рис. 14.2).

Источники постоянных напряжений и токов исключаются.

4. Выполняется анализ расчетной схемы, полученной на предыдущем шаге.

Модели биполярного транзистора, показанные на рис. 14.2, а, б, используют для анализа в диапазоне средних частот, где можно не учитывать зависимость параметров транзисторов от частоты. Для учета эффектов, которые становятся существенными на высоких частотах, в схему замещения включают дополнительные элементы (рис. 14.3).

Рис. 14.3

Резистор rх учитывает сопротивление базового слоя. Величина этого сопротивления зависит от типа транзистора и положения рабочей точки и может изменяться от единиц до нескольких десятков ом. Конденсатор C учитывает емкость смещенного в обратном направлении коллекторного перехода. Конденсатор C учитывает емкость, связанную с накоплением неосновных носителей в базе, и емкость, обусловленную пространственным зарядом в области эмиттерного перехода. В большинстве случаев C составляет от единиц до нескольких десятков пикофарад. Емкость C не превышает нескольких пикофарад.

2. Усилительный каскад на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером Рассмотрим усилитель, в котором транзистор включен по схеме с общим эмиттером, а для стабилизации рабочей точки используется отрицательная обратная связь по току (рис. 14.4).

Конденсаторы С1 и С2 являются разделительными: С1 препятствует связи по постоянному току источника входного сигнала и усилителя, а С2 служит для разделения по постоянному току коллекторной цепи и нагрузки.

Емкости С1 и С2 выбирают такими, что на частоте переменной составляющей их сопротивлением можно было пренебречь. Резистор Rг учитывает внутреннее сопротивление источника сигнала. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, определяющий положение рабочей точки эмиттерного перехода.

Рис. 14.4

Резистор в цепи коллектора преобразует изменение тока коллектора в выходное напряжение. На выходе цепи включен резистор нагрузки Rн, с которого снимается усиленный сигнал.

Резистор Rэ является цепью отрицательной обратной связи. Конденсатор в цепи эмиттера шунтирует резистор Rэ. Ёмкость этого конденсатора выбирают такой, чтобы на частоте сигнала X э Rэ. За счёт этого увелиС э чивается коэффициент усиления переменной составляющей.

Поскольку в схеме действуют источники переменного (источник сигнала на входе) и постоянного напряжения, для расчета используем метод наложения. Проанализируем цепь отдельно для постоянной и переменной составляющих. Напомним, что анализ по постоянной составляющей называют анализом в режиме большого сигнала, а по переменной составляющей – анализом в режиме малого сигнала.

Анализ для постоянной составляющей. В схеме на рис. 14.4 заменим источник переменного сигнала eвх коротким замыканием, а конденсаторы – разрывом. Схема замещения для постоянной составляющей показана на рис. 14.5.

Заменив транзистор моделью для режима большого сигнала, определим постоянные составляющие тока коллектора I к и напряжения U кэ, следовательно, и режим работы транзистора.

Расчетная схема для определения токов коллектора и эмиттера показана на рис. 14.6. Транзистор заменен моделью для активного режима. Делитель напряжения, образованный резисторами R1, R2, заменен эквивалентной схемой Тевенина. Здесь

–  –  –

Из последнего выражения следует, что изменение тока коллектора пропорционально изменению Eб E0. Источник E0 моделирует напряжение эмиттерного перехода U бэ, смещенного в прямом направлении. Влияние изменений напряжения U бэ на ток коллектора будет невелико, если выполняется условие

–  –  –

Однако увеличение напряжения Eб при заданном напряжении питания Eк приводит к уменьшению размаха выходного напряжения, если схема используется в качестве усилителя.

Для того чтобы ток коллектора был нечувствителен к изменениям, должно выполняться условие

–  –  –

Из условия (14.4) следует, что для уменьшения чувствительности I к к вариациям необходимо уменьшать сопротивления резисторов R1 и R2.

Однако при этом увеличивается ток через делитель R1 – R2. Следовательно, увеличатся и потери в цепи.

Рассмотрим подробнее влияние резистора в цепи эмиттера на стабилизацию рабочей точки транзистора. Резистор Rэ в схеме на рис. 14.5 является цепью отрицательной обратной связи. Предположим, что по какой-либо причине ток эмиттера увеличился. Это приведет к увеличению падения напряжения на резисторе Rэ, так как U э Rэ I э. Если выполняется условие (14.4), напряжение базы останется прежним. Следовательно, напряжение эмиттерного перехода U бэ U б U э уменьшится, что приведет к уменьшению I э.





Таким образом, отрицательная обратная связь стабилизирует ток эмиттера, делает его нечувствительным к вариациям напряжения U бэ и коэффициента.

Анализ по переменной составляющей. Исключим из схемы источник постоянного напряжения Ек, заменив его коротким замыканием. Верхние зажимы резисторов R1 и Rк окажутся заземленными, поэтому R1 и R2, Rк и Rн соединены параллельно. Емкости конденсаторов выбирают такими, чтобы их сопротивление на частоте переменной составляющей было мало по сравнению с сопротивлениями резисторов. Поэтому зажимы конденсаторов закоротим. Заменив транзистор малосигнальной моделью, получим эквивалентную схему усилителя для режима малого сигнала (рис. 14.7). Здесь R1 R2 R12.

R1 R2 Резистор в цепи эмиттера зашунтирован малым сопротивлением конденсатора С э, поэтому отрицательная обратная связь по переменной составляющей отсутствует.

–  –  –

Входное сопротивление схемы с общим эмиттером невелико и не превышает нескольких кОм.

Определим выходное напряжение эквивалентной схемы усилителя. Резисторы Rг, R12 и r образуют делитель напряжения, поэтому

–  –  –

Знак минус в последнем выражении указывает на то, что входной и выходной сигналы находятся в противофазе.

Определим коэффициент усиления тока схемы с общим эмиттером.

При Rн Rк выходной ток

–  –  –

Это максимальный коэффициент усиления тока, который может быть получен в режиме короткого замыкания выходных зажимов, при Rн 0.

В большинстве случаев K i за счет того, что часть выходного тока замыкается через резистор R.

Итак, схема с общим эмиттером обеспечивает усиление как по напряжению, так и по току. Она имеет невысокое входное (сотни ом – десятки килоом) и относительно большое выходное сопротивления (единицы – десятки килоом). В многокаскадных усилителях схему с общим эмиттером используют для получения требуемого коэффициента усиления напряжения.

3. Выводы

1. В схемах усилителей токи и напряжения содержат как постоянные, так и переменные составляющие. Для расчетов используют метод наложения, т.е. анализируют цепь отдельно для переменной и постоянной составляющих.

2. Переменные (сигнальные) составляющие имеют значительно меньшую величину, чем постоянная. Поэтому расчет по переменной составляющей называют анализом в режиме малого сигнала. Модели транзистора для режима малого сигнала содержат только линейные элементы.

3. Схема с общим эмиттером обеспечивает усиление как по напряжению, так и по току. Она имеет невысокое входное и относительно большое выходное сопротивления. В многокаскадных усилителях схему с общим эмиттером используют для получения требуемого коэффициента усиления




Похожие работы:

«Программа добровольного индивидуального страхования жизни и здоровья для клиентов салонов "Евросеть" №2 Программа добровольного индивидуального страхования жизни и здоровья для клиентов салонов "Евросеть" №2 (далее Программа страхования) разработана в соответствии с законодательством Рос...»

«Большинство задач решаются удивительно просто: надо взять. и сделать. ААТ-Life №1 апрель 2012 С долгожданной весной! Анонс C 1 по 5 апреля 2012 года в Чебаркуле проходили X международный конкурс имени А.С. Макар...»

«УТВЕРЖДЕНО Постановление Верховной Рады Автономной Республики Крым 25 декабря 2013 года № 1543-6/13 ПРОГРАММА обращения с отходами в Автономной Республике Крым на 2014–2017 годы РАЗДЕЛ I ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1. Основанием для разработки Программы обращения с отходами в Автономной Республике Крым на 2014–2017 годы (далее – Про...»

«Открытое акционерное общество "Ленгидропроект" Свидетельство № П-0076-06-2009-0042 от 03 февраля 2014 г. Свидетельство № 01-И-№0778-3 от 22 ноября 2011 г. Заказчик – ОАО "РусГидро" Разработка проекта комплексной реконструкции ГЭС Дагестанского филиала ОАО "РусГидро" Чиркейская ГЭС на р. Сулак Замена гидротурбин ст. № 1, 2, 3, 4, гидрогенераторов ст....»

«1 I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Настоящая рабочая программа профессиональной подготовки водителей транспортных средств категории B (далее Рабочая программа) разработана в соответствии с требованиями Федерального закона от 10 декабря 1995 г. N 196-ФЗ О безопасности дорожного движения (Собрание законодательства Российской Федерации, 1995, N 50, ст....»

«Сервис "Зарплатный проект" Руководство пользователя 2.0.24 Сервис "Зарплатный проект" Содержание Предисловие Интерфейс сервиса Элементы управления Форма документа Общие принципы работы с документами Статус документа Создание документа Редактирование документа Прикрепление сотрудников к зарплатному проекту Работа...»

«Руководство по эксплуатации © 2013 ASUSTek COMPUTER INC. Все права защищены. Версия 1.09 Никакие части данного руководства, включая изделия и программное обеспечение, описанное в нем, не могут быть воспроизведены, р...»

«51_4856857 АРБИТРАЖНЫЙ СУД ГОРОДА МОСКВЫ 115191, г.Москва, ул. Большая Тульская, д. 17 http://www.msk.arbitr.ru ИМЕНЕМ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РЕШЕНИЕ г. Москва 27.12.2012г. Дело № А40-101762/12 -51-927 Резолютивная часть решения оглашена 24.12.2012г. Решение в полном объеме изготовлено 27.12.2012г.Арбитражный суд в со...»

«Доклад председателя Тейковского районного суда Ивановской области О.Б. Малышевой по итогам работы суда за 1-е полугодие 2013 года Отчетный период для суда был не простым, суд отработал с большой нагрузкой при неполной штатной численности судей. Имеются определенные сложности в организации работы сотрудников аппарата суда. 7 с...»








 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.