Транзистор в режимі посилення - студопедія

При використанні транзистора як підсилювач в його вихідний ланцюг включається навантаження, опір якої будемо для простоти вважати чисто активним. На рис.16 підсилювач на транзисторі зображений в узагальненому вигляді як чотириполюсник: в вихідний ланцюг включено опір навантаження Rн; у вхідному ланцюзі діє джерело сигналу, що створює змінну напругу,. яке повинно бути посилено.

Три можливі схеми включення транзистора як підсилювач представлені на рис.17. У схемах з ПРО і з ОЕ опір навантаження Rн включено в колекторний ланцюг послідовно з джерелом колекторного напруги. в схемі з ОК навантаження включена в ланцюг емітера. Під вхідні кола включені джерела підсилюється напруги і напруги зсуву. (ПРО) або (ОЕ, ОК), що дозволяють встановити робочу точку на практично лінійній ділянці характеристики, де спотворення при посиленні мінімальні.

Для отримання вхідних навантажувальної характеристики транзистора перенесемо на сімейство вхідних статичних характеристик точки А, B, С отриманої нами вихідний навантажувальної характеристики. Поєднуючи ці точки плавною кривою (рис.19), отримаємо необхідну характеристику.

У схемі ОЕ вхідні статичні характеристики в активному режимі практично зливаються і в довідниках зазвичай наводиться лише одна характеристика для досить великої напруги UКЕ. і її можна прийняти в якості вхідної навантажувальної характеристики.

За побудованим навантажувальним характеристикам можна зробити розрахунок режиму посилення: вибрати область неспотвореного посилення, визначити напруга або струм зміщення, допустиму амплітуду сигналу, вхідну і вихідну потужність, коефіцієнт посилення по струму, напрузі і потужності.

Зв'язок коефіцієнтів посилення з h-параметрами.

У навантаженому режимі до рівнянь, що зв'язує збільшення струмів і напруг додається ще одне, що зв'язує приріст вихідного струму і напруги відповідно до навантажувальної характеристиці:

Три рівняння пов'язують чотири змінні, таким чином, тільки одна з них є незалежною. Виключаючи з цих рівнянь ті або інші величини отримуємо

За еквівалентної схемою по змінної складової (рис. 21) знаходимо:

Завдяки більш високому вхідному опору і більш високому посилення по потужності схема з ОЕ отримала на практиці найширше поширення.

У схемі з ОК на емітерний перехід діє напруга. рівне різниці між вхідним і вихідним напругами. Тому коефіцієнт посилення по напрузі схеми з ОК завжди менше одиниці.

Схему з ОК називають емітерний повторювачем. У схемі такого каскаду виникає 100% послідовно-паралельна негативний зворотний зв'язок. Завдяки цьому емітерной повторювач має високий вхідний і низький вихідний опір. Ця схема застосовується в основному для узгодження джерела сигналу з великим вихідним опором з навантаженням, що має малий опір, при забезпеченні посилення по току.

Основні способи завдання робочої точки на вхідних ВАХ БТ.

На рис.17 для завдання робочого режиму вхідний і вихідний ланцюгів використовується два джерела живлення на практиці зазвичай застосовується одне джерело живлення - Eк. а режим по постійному струму вхідного ланцюга здійснюється схемним шляхом. На рис.23 наведено деякі способи завдання робочої точки при включенні по схемі із загальним емітером. Розділові конденсатори С1. С2. СЕ вибираються з досить великою ємністю, їх опором в робочій області частот можна знехтувати.

Найпростіша схема приведена на рис.20. Ця схема з фіксованим струмом бази, вона називається також схемою зі стабілізацією струму бази, тому що при досить великому ЄК (ЄК >> UБЕ) IБ не змінюється при зміні UБЕ внаслідок зміни температури.

Параметри обраної робочої точки вхідний і вихідний ланцюгів можуть змінюватися при зміні температури в результаті зміни струмів IЕ і IБ внаслідок зміни струмів IКБО (ПРО). IКЕО (ОЕ). Для оцінки впливу зміни струму IКБО (IКЕО) на струм колектора ІК використовують параметр Кнест - коефіцієнт нестабільності, який визначається як

Найпростіша схема не забезпечує стабільності колекторного струму при зміні температури, коефіцієнт нестабільності великий:

Схема вибору і стабілізації робочої точки з резистором між базою і колектором (ріс.18б) дозволяє знизити коефіцієнта нестабільності в [1 + h21Е × (RК + RБ)] раз щодо схеми Рис.18:

Однак дана схема призводить до появи зворотного зв'язку по напрузі а також до зниження вхідного опору транзистора. Для виключення цих явищ (недоліків) опір RБ розбивають на дві частини і заземлюють середню точку через конденсатор

Для стабілізації робочої точки транзистора найбільш часто застосовують схему з подільником напруги на базі і резистором в ланцюзі емітера, показану на ріс.18в. Опору R1. R2 вибираються досить малими, щоб струм, що проходить через них, у багато разів перевищував струм бази IБ, (зазвичай I д = (5 ¸10) × IБ). У цьому випадку потенціал бази щодо землі майже не залежить від струму бази. У ланцюг емітера включений резистор RЕ. забезпечує негативний зворотний зв'язок по постійному струму. Збільшення струму колектора (емітера) викликає зменшення різниці потенціалів UБЕ. що призводить назад до зменшення струму колектора ІК.

Ця схема при правильному виборі параметрів забезпечує високу стабільність робочої точки і вихідних характеристик зі зміною температури; стабільність режиму при заміні одного транзистора іншим.

Аналіз схеми призводить до наступного виразу для коефіцієнта нестабільності

При правильно спроектованої схемою величина Rе h21е / (Rе + R1) >> 1. тоді Кнест = 1 + R1 / Rе. Зазвичай резистор R2 беруть в кілька разів більше, ніж вхідний опір транзистора по змінному струмі.