Усилительный каскад на биполярном транзисторе, включенный с общим эмиттером

Существует множество вариантов выполнения схемы усилительного каскада на транзисторе ОЭ. Это обусловлено главным образом особенностями задания режима покоя каскада. Особенности усилительных каскадов ОЭ рассмотрим на примере схемы рис. 2.4, получившей наибольшее применение при реализации каскада на дискретных компонентах.

Основными элементами схемы являются источник питания Е_к, управляемый элемент — транзистор Т и резистор Rн„. Эти элементы образуют главную цепь усилительного каскада, в которой за счет протекания управляемого по цепи базы коллекторного тока создается усиленное переменное напряжение на выходе схемы. Остальные элементы каскада выполняют вспомогательную роль. Конденсаторы С_р1, С_р2 являются разделительными. Конденсатор С_п1 исключает шунтирование входной цепи каскада цепью источника входного сигнала по постоянному току, что позволяет, во-первых, исключить протекание постоянного тока через источник входного сигнала по цепи E_к — R1 — R_T - во-вторых, обеспечить независимость от внутреннего сопротивления этого источника R_Г напряжения на базе U_бп в режиме покоя. Функция конденсатора С_р4 сводится к пропусканию в цепь нагрузки переменной составляющей напряжения и задержанию постоянной составляющей.

Резисторы R1, R2 используются для задания режима покоя каскада Поскольку биполярный транзистор управляется током, ток покоя управляемого элемента (в данном случае ток I_кп) создается заданием соответствующей величины тока базы покоя I_бп. Резистор R предназначен для создания цепи протекания тока I_вп. Совместно с R2 резистор R1 обеспечивает исходное напряжение на базе U_fiu относительно зажима «+» источника питания.

Резистор R_Э является элементом отрицательной обратной связи, предназначенным для стабилизации режима покоя каскада при изменении температуры. Конденсатор С_Э шунтирует резистор R_Э по переменному току, исключая тем самым проявление отрицательной обратной связи в каскаде по переменным составляющим. Отсутствие конденсатора С_Э привело бы к уменьшению коэффициентов усиления схемы.

Название схемы «с общим эмиттером» означает, что вывод эмиттера транзистора по переменному току является общим для входной и выходной цепей каскада.

Принцип действия каскада ОЭ заключается в следующем. При наличии постоянных составляющих токов и напряжений в схеме подача на вход каскада переменного напряжения приводит к появлению переменной составляющей тока базы транзистора, а следовательно, переменной составляющей тока в выходной цепи каскада (в коллекторном токе транзистора). За счет падения напряжения на резисторе R_v создается переменная составляющая напряжения на коллекторе, которая через конденсатор С_р2 передается на выход каскада — в цепь нагрузки.

 

Важными показателями каскада являются его коэффициенты усиления по току K_I, напряжению Кu и мощности K_P, а также входное R_ВХ и выходное R_выхсопротивления.

Задача определения этих показателен решается при расчете усилительного каскада по переменному току. Метод расчета основан на замене транзистора и всего каскада его схемой замещения по переменному току. Схема замещения каскада ОЭ приведена на рис. 2.6, где транзистор представлен его схемой замещения в физических параметрах. Расчет по переменному току можно также вести, используя схему замещения транзистора в h- параметрах.

Расчет каскада производится для области средних частот, в которой зависимость параметров от частоты не учитывается, а сопротивления конденсаторов в схеме равны нулю и на схеме рис. 2.6 не показаны. По переменному току сопротивление источника питания равно нулю, в связи с чем верхний вывод резистора R₁ на схеме замещения связан с выводом эмиттера. Входной сигнал, как и ранее, принимается синусоидальным. Токи и напряжения в схеме характеризуются их действующими значениями, связанными с амплитудными значениями коэффициентом 1/√2.

Определим входное сопротивление каскада R_ВХ. Его находят из параллельного соединения сопротивлений R1, R2 и сопротивления r_вх входной цепи транзистора

R_вх = R₁ || R₂ || r_вх (2.16).

Для определения сопротивления r_вх выразим напряжение U_бэ через ток I_fi. Поскольку внутреннее сопротивление источника тока bI_б (рис. 2.6) велико, имеем

r_к(э) = R_к || R_н >> r_э; U_бэ = I_б r_б + I_эr_э, или U_бэ = I_б || r_б + (1+β)r_эI_э (2.17)

Поделив левую и правую части уравнения (2.17) на ток I_б, находим:

r_вх = r_б + (1+β)r_э (2.18)

Для определения коэффициента усилении каскада по току K₁ = I_н/I_вх выразим тик I_н через I_вх С этой i целью вначале определим ток I_б через I_ВХ:

(2.19)

При определении тока I_и через I_Б можно не учитывать сопротивление г_э, весьма малое по сравнению с сопротивлениями элементов выходной цепи:

(2.20)

С учетом выражения (2.19) имеем

(2.21)

Подставив полученное соотношение в выражение для коэффициента усиления по току, находим:

(2.22)

Видно, что коэффициент K_I пропорционален коэффициенту b транзистора и зависит от шунтирующего действия входного делителя и значений сопротивлений R_к, R_н. Соотношение (2-22) подтверждает сказанное ранее о необходимости выбора R₁ || R₂ > r_вх и выполнения условия R_к > R_вх. Для ориентировочной оценки K_I можно принять R_вх ≈ r_вх и r_к(э) >> R_к || R_н

 

Тогда выражение (2.22) принимает вид: (2.23)

Таким образом, каскад ОЭ обладает довольно значительным коэффициентом усилении по току, стремящимся в пределе при R_к >> R_н к коэффициенту передачи тока транзистора β.

Коэффициент усиления каскада по напряжению K_u = U_вых/E_c можно найти, выразив напряжение на нагрузке через ток нагрузки U_в = I_eR_н, а напряжение источника — через входной ток каскада:

(2.24)

Подставив в (2.24) соотношение (2.23), находим

 

(2.25)

 

В соответствии с выражением (2.25) можно заключить, что коэффициент усиления каскада по напряжению тем больше, чем выше коэффициент b транзистора и сопротивление выходной цепи каскада по сравнению с сопротивлением входной цепи. В частности, коэффициент усиления по напряжению возрастает с уменьшением внутреннего сопротивления источника сигнала. Коэффициент Ки в схеме ОЭ составляет 20—100.

 

Усилительный каскад ОЭ осуществляет поворот по фазе на 180° выходного напряжения относительно входного. Для иллюстрации этого положения предположим, что напряжение u_ВХ, имеющее положительную полярность, увеличивается (или воздействует, например, положительная полуволна входного напряжения; рис. 2.4). Повышение напряжения u_ВХ уменьшает ток базы и соответственно ток коллектора транзистора. Падение напряжения на резисторе R_н уменьшается, что вызывает увеличение напряжения отрицательной полярности на коллекторе (или появление на выходе каскада отрицательной полуволны напряжения) Инверсия фазы выходною напряжения в каскаде ОЭ иногда учитывается знаком «—» в выражениях для К_U.

Коэффициент усиления по мощности Кр = Р_ВЫХ/P_ВХ =KuKi в схеме ОЭ составляет (0,2- 5)10³.

Выходное сопротивление каскада рассчитывают относительно его выходных зажимов:

R_вых = R_н || r_к(э) (2.26)

Поскольку r_к(э) >> R_н выходное сопротивление каскада ОЭ определяется величиной R_к.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Читайте также:

H) диодный оптрон это фотоприемник- фототранзистор включенный в диодном исполнении
n - коэффициент подключения входной цепи следующего каскада к контуру УРЧ.
А) группы для детей с общим недоразвитием речи,
Вибір режиму підсилювального каскаду на транзисторі
Водосховища Дніпровського каскаду
Глава III ПОЧЕМУ АМЕРИКАНЦЫ ОБНАРУЖИВАЮТ БОЛЬШУЮ СПОСОБНОСТЬ И СКЛОННОСТЬ К ОБЩИМ ИДЕЯМ, ЧЕМ ИХ АНГЛИЙСКИЕ ПРЕДКИ
Глава IV ПОЧЕМУ АМЕРИКАНЦЫ НЕ ОТНОСЯТСЯ С ТОЙ ЖЕ СТРАСТНОСТЬЮ, ЧТО И ФРАНЦУЗЫ, К ОБЩИМ ИДЕЯМ ПОЛИТИЧЕСКОГО СОДЕРЖАНИЯ
Графический расчет усилительного каскада
Диференціальний каскад підсилювача постійного струму
Дифференциальные каскады

Воспользуйтесь поиском по сайту: