ТРИ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА
Цель и содержание работы
Основной задачей является исследование работы однокаскадного резистивного транзисторного усилителя, собранного по одной из трёх схем – с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором, при различных сопротивлениях нагрузки. Необходимо определить основные параметры транзисторного усилителя – коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления и динамический диапазон.
Краткие сведения из теории
Исследование транзисторного усилителя выполняется в режиме малого сигнала, когда условия работы транзистора близки к линейным. При этом используется предварительно задаваемый фиксированный режим питания усилителя по постоянному току, одинаковый для всех схем включения. Переменное напряжение поступает на один из входов транзистора, базу, или эмиттер, а выходное – снимается c коллектора, или эмиттера, обеспечивая работу одной из трёх схем включения усилительного каскада – с общим эмиттером, с общей базой или с общим коллектором.
По результатам измерений входных и выходных переменных токов и напряжений усилителя можно определить h-параметры транзистора, входящие в систему уравнений
|
,
где U1, i1 – входное переменное напряжение и ток, а I2, u2 – выходной переменный ток и напряжение. Дифференциальные коэффициенты системы уравнений имеют следующий физический смысл:
h11 = dU 1 / di 1 , – входное сопротивление транзистора; h12 = dU 1 / du 2 , – обратный коэффициент передачи, или коэффициент обратной связи по переменному току; h21 = dI 2 / di 1 – коэффициент передачи тока; h22 =dI 2 / du 2 - выходная проводимость.
|
|
В режиме малых входных сигналов, которые можно рассматривать как малые приращения, значения h-параметров можно получить из соотношений: , ; , ; , ; , .
В зависимости от схемы включения транзистора (общий эмиттер или общая база) к обозначениям h-параметров добавляются соответствующие индексы, например, h21е или h12b .
а) б)
Рис. 1. Схема включения транзистора с общим эмиттером
а) – электрическая схема; б) – эквивалентная схема
|
,
где U кэ – напряжение коллекторного питания, R н – сопротивление нагрузки в цепи коллектора, – значение тока коллектора, а - коэффициент передачи тока базы в схеме с общим эмиттером (ОЭ). Обычно значения коэффициента передачи тока базы транзистора составляют от 20 до 200, типовое значение – 50. В области высоких частот в транзисторе начинают сказываться инерционные процессы, обусловленные межэлектродными емкостями коллектора, базы и эмиттера транзистора и конечным временем распространения носителей в области базы. Зависимость модуля коэффициента передачи от частоты имеет вид
|
|
|
где - граничная частота схемы с общим эмиттером, на которой коэффициент передачи тока снижается в раз.
При гармоническом входном сигнале , а напряжение на коллекторе транзистора составляет
|
где - постоянная составляющая напряжения на коллекторе, а - амплитуда переменной составляющей коллекторного напряжения.
Знак минус перед гармонической составляющей в (3.4) показывает, что выходное напряжение противоположно по фазе напряжению на входе усилителя.
Коэффициент усиления по току схемы ОЭ при условии .
|
,
|
|
|
,
где - температурный потенциал, k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура, а q – заряд электрона. m – параметр, который зависит от тока базы и напряжения база коллектор и изменяется с ростом тока базы от 1,2 до 2,5.
Выходное сопротивление усилителя в области низких частот определяется параллельным соединением выходного сопротивления транзистора, т.е. сопротивлением перехода база-коллектор, равного 1/h22Э и сопротивления нагрузки. В резистивных усилителях обычно R н < 1/ h22Э поэтому .
Коэффициент усиления усилителя по мощности .
Схема с общей базой. В схеме собщей базой (ОБ) входной сигнал подается в цепь эмиттера (рис.2), а выходное напряжение снимается с коллекторного вывода транзистора.
а) б)
Рис. 2. Схема включения транзистора с общей базой
а) – электрическая схема; б) – эквивалентная схема
|
|
|
,
и имеет для большинства транзисторов близкие к единице значения от 0,95 до 0,995.
Напряжение на коллекторе усилителя по схеме с общей базой удовлетворяет выражениям (3.3), (3.4), а ток коллектора , и в первом приближении можно считать . Таким образом, коэффициент усиления по току в схеме с общей базой приблизительно равен единице.
|
,
где - дифференциальное входное сопротивление усилителя схемы с ОБ. Дифференциальное входное сопротивление схемы с ОБ определяется по формуле и значительно меньше, чем в схеме с ОЭ (единицы или десятки Ом).
Выходное сопротивление схемы с ОБ больше, чем схемы с ОЭ. Это обусловлено тем, что выходная проводимость h22б < h22эи ее влияние на выходное сопротивление усилителя меньше, чем в схеме с ОЭ.
Возрастание входного напряжения на эмиттере транзистора приводит к уменьшению эмиттерного, а значит и коллекторного тока. Следовательно, входной ток и напряжение оказываются в противофазе. Аналогично, согласно (3.4) выходной ток противоположен по фазе напряжению на выходе усилителя. Поэтому, учитывая, что , выходное напряжение в усилителе с ОБ оказывается синфазным входному напряжению.
Коэффициент передачи тока эмиттера в схеме с общей базой зависит от частоты усиливаемого сигнала согласно выражению
|
где - частота, на которой коэффициент передачи тока снижается в раз. Граничная частота >> , поэтому усилитель с ОБ имеет более высокие частотные свойства.
Учитывая, что схема с ОБ имеет усиление по току примерно равное единице, коэффициент усиления по мощности схемы с ОБ меньше, чем схемы с ОЭ. Эта особенность и низкое входное сопротивление схемы с ОБ ограничивают ее использование областью высоких частот.
Схема с общим коллектором. В схеме с общим коллектором (ОК) входной сигнал подается на базу транзистора, а выходной – снимается с эмиттера (Рис.3). Вывод коллектора является общим для входной и выходной цепи по переменному току.
|
,
|
.
а) б)
Рис. 2. Схема включения транзистора с общим коллектором
а) – электрическая схема; б) – эквивалентная схема
Высокое входное сопротивление схемы с общим коллектором позволяет использовать ее в качестве усилителя тока, согласующего высокоомную входную цепь с низкоомной нагрузкой.
Выходное сопротивление схемы с ОК имеет минимальное значение по сравнению с другими схемами включения и на его значение оказывает влияние сопротивление R г источника входного сигнала .
Коэффициент усиления по мощности схемы с ОК , поскольку .
Частотные свойства схемы включения с ОК выше, чем схемы с ОЭ, но ниже, чем схемы с ОБ. В области высоких частот существенное влияние на входное сопротивление оказывает емкость коллекторного перехода, реактивное сопротивление которой оказывается соизмеримо с входным сопротивлением каскада.
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 63; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!