 |
Расчёт усилительного каскада по схеме с ОЭ в режиме малого сигнала
|
|
|
|
ЛЕКЦИЯ 7
Расчёт усилительного каскада на
Биполярном транзисторе
План лекции:
Разновидности усилительных каскадов на БТ
Выбор рабочей точки малосигнального усилительного каскада в статическом режиме работы
Способы стабилизации рабочей точки в статическом режиме работы
Расчёт усилительного каскада по схеме с ОЭ в режиме малого сигнала
7.1. Разновидности усилительных каскадов на БТ
Биполярные транзисторы (БТ) в усилительных каскадах могут быть включены по схемам с общей базой, с общим эмиттером и общим коллектором (рис. 7.1).
Различают статический и динамический режимы работы усилительных каскадов.
Статическим или режимом покоя называют такой режим работы, когда на входе усилительного каскада отсутствует переменная составляющая сигнала. Статический режим характеризуют рабочей точкой транзистора, т.е. постоянными значениями токов через электроды и напряжениями между электродами.
Динамическим называют такой режим работы, когда на входе усилителя помимо постоянных токов и напряжений рабочей точки присутствует переменный сигнал. Динамический режим характеризуют коэффициентами передачи по напряжению 
, току 
и мощности 
, динамическим диапазоном усиления по напряжению, частотной характеристикой (полосой пропускания) и некоторыми другими показателями.
Рис. 7.1. Способы включения БТ в усилительные каскады: а) схема с общей базой − ОБ, б) схема с общим эмиттером − ОЭ, в) схема с общим коллектором – ОК
Ёмкости в схемах отделяют усилительный каскад по постоянному току от внешних входной и выходной цепей для исключения их влияния на рабочую точку. Величины емкостей определяют значение нижней граничной частоты полосы пропускания.
|
|
|
Свойства усилительных каскадов зависят от схемы включения транзисторов.
Усилитель по схеме с общей базой:
− имеет достаточно большой коэффициент передачи по напряжению 
, т.е. обладает усилением,
− не усиливает ток, так как всегда 
, т.е. имеет 
, который почти не зависит от режима работы, температуры и коэффициента передачи по току 
,
− имеет 
, который невелик и также мало зависит от режима работы, температуры и коэффициента передачи по току ,
− по сравнению с другими схемами включения БТ имеет самое маленькое входное сопротивление 
(от десятых долей Ома в мощных усилителях до десятков Ом у маломощных) и самое большое выходное сопротивление 
.
Усилитель по схеме с общим эмиттером имеет:
− большой коэффициент передачи по напряжению 
,
− большой коэффициент передачи по току 
,
− по сравнению со схемами с ОБ и ОК максимальный коэффициент передачи по мощности при заданном сопротивлении нагрузки 
, причём сильно зависит от режима работы, температуры и коэффициента передачи по току ,
− входное сопротивление от нескольких Ом в мощных усилителях до нескольких кОм у маломощных, т.е. больше, чем у схемы с ОБ. При этом с ростом сопротивления нагрузки входное сопротивление уменьшается,
− выходное сопротивление меньше, чем у схемы с ОБ, причём с ростом сопротивления нагрузки выходное сопротивление уменьшается.
Усилитель по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель):
− не усиливает напряжение и имеет коэффициент передачи по напряжению близкий к единице,
− имеет большой коэффициент передачи по току , который сильно зависит от режима работы, температуры и коэффициента передачи по току ,
− имеет большой коэффициент передачи по мощности,
− имеет максимальное входное сопротивление по сравнению со схемами с ОБ и ОЭ. С ростом сопротивления нагрузки входное сопротивление тоже растёт,
|
|
|
− имеет по сравнению со схемами с ОБ и ОЭ минимальное выходное сопротивление (от десятых долей Ома в мощных усилителях до 1 кОм у маломощных).
7.2. Выбор рабочей точки малосигнального усилительного каскада
в статическом режиме работы
Выбор рабочей точки малосигнального усилительного каскада в статическом режиме работы рассмотрим на примере схемы с ОЭ (рис. 7.2). Эта схема встречается наиболее часто и выбор рабочей точки для других схем осуществляется практически аналогично.
Рис. 7.2. Включение биполярного транзистора в схеме с ОЭ
Для наглядности решения целесообразно рассмотреть семейства входных и выходных вольтамперных характеристик биполярного транзистора.
Входной вольтамперной характеристикой транзистора называют зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном значении выходного напряжения, выходной – зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянной величине входного тока.
Для схемы с ОЭ 
, 
, 
, 
. Заменим в уравнениях (6.24) ÷ (6.26) напряжение 
на 
и запишем их в показательной форме:
Следовательно, семейство входных характеристик схемы с ОЭ описывает зависимость 
, т.е. формула (7.1 с), в которой параметром семейства является выходное напряжение 
. Семейство выходных характеристик описывает зависимость 
, где входной ток 
является параметром этого семейства.
Для получения выходной характеристики вначале преобразуем формулу (7.1 с) к выражению
а затем из (7.2) найдём зависимость
Подставляя (7.2) и (7.3) в формулу (7.1 b), получаем после преобразования выражение выходной характеристики
где 
− коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ.
|
|
|
