Усилительный каскад с эмиттерной стабилизацией
Выбор параметров схемы
Схема усилительного каскада с общим эмиттером и эмиттерной стабилизацией начального режима работы приведена на рис. 3.9.
Источник 
коллекторной цепи обеспечивает режим покоя работы каскада. Источник входного сигнала 
создает переменную составляющую токов и напряжений. Разделительный конденсатор 
отсекает постоянную составляющую тока усилителя от источника , препятствуя возможным нарушениям работы транзистора в режиме покоя. Разделительный конденсатор 
обеспечивает выделение переменной составляющей 
из коллекторного напряжения 
. Конденсатор 
в цепи эмиттера ослабляет отрицательную обратную связь каскада по переменной составляющей, повышая коэффициент усиления по напряжению.
Начальный режим работы обеспечивается выбором параметров элементов схемы. Сопротивление коллекторной нагрузки 
рассчитывают по максимальному току коллектора 
, который является паспортным данным транзистора. При расчете используют наибольшее допустимое значение тока
. (3.25)
Пренебрегая падением напряжения на коллекторном переходе транзистора, допустимое сопротивление коллекторной нагрузки выбирают из соотношения
. (3.26)
Для определения сопротивлений остальных трех резисторов 
, 
и 
нужно определить токи и напряжения каскада в режиме покоя. С этой целью на коллекторных характеристиках строят нагрузочную прямую, проводя ее через точки: 
, 
и 
, 
(рис. 3.10).
|
|
|
В классе А работы усилителя точке покоя П соответствуют линейные участки выходных характеристик 
. С целью уменьшения нелинейных искажений и максимального использования транзистора, рабочую точку выбирают в центре линии нагрузки (АП = ПБ). Взяв проекции точки П на оси тока и напряжения, находят ток 
и напряжение 
покоя коллектора.
Параметром коллекторной характеристики, проходящей через точку П является ток покоя базы 
. По току 
и входным характеристикам 
графически определяют напряжение покоя базы 
как проекцию средней точки пересечения линии 
с входными характеристиками (рис. 3.11).
Зная начальные токи коллектора и базы , находят ток покоя эмиттера
. (3.27)
Резистор осуществляет эмиттерную стабилизацию работы каскада в режиме покоя. Падение напряжения на резисторе 
выбирают порядка 20 % от напряжения источника
. (3.28)
Зная падение , по току покоя 
вычисляют сопротивление резистора в цепи эмиттера
|
|
|
. (3.29)
Резистор , стабилизируя работу каскада в режиме покоя, препятствует изменению входного сигнала
, (3.30)
уменьшая коэффициент усиления.
Для разделения цепей постоянной и переменной составляющих в цепи эмиттера резистор шунтируют конденсатором . Сопротивление конденсатора низшей гармонике 
усиливаемого сигнала выбирают много меньшим сопротивления резистора
, (3.31)
при этом емкость шунтирующего конденсатора должна удовлетворять условию
. (3.32)
Выбор сопротивлений и делителя выполняют по току 
и напряжению 
на его нижнем плече. Напряжение должно оставаться неизменным при изменении тока базы, поэтому ток делителя , ограниченный полным сопротивлением 
, долженсущественно превышать ток покоя базы
. (3.33)
Зная ,можно определить полное сопротивление делителя
. (3.34)
Сопротивление нижнего плеча рассчитывают на основании второго закона Кирхгофа
. (3.35)
Сопротивление верхнего плеча составляет оставшуюся часть сопротивления делителя
|
|
|
. (3.36)
Конденсатор не пропускает постоянную составляющую коллекторного напряжения транзистора в нагрузку и на нижних частотах снижает коэффициент усиления 
, приводя к искажению усиливаемого сигнала. Искажения сигнала за счет разного усиления гармоник называют частотными искажениями. Их оценивают коэффициентом частотных искажений, который для частоты выбирают в пределах 
. С целью исключения частотных искажений емкость конденсатора должна удовлетворять условию:
, (3.37)
где 
– выходное сопротивление усилительного каскада.
Графический анализ работы
Графический анализ работы усилительного каскада может быть выполнен с помощью переходной характеристики 
. Характеристика связывает входную и выходные характеристики транзистора. Характеристику строят по точкам пересечения линии нагрузки с коллекторными характеристиками (рис. 3.12).
Переходная характеристика содержит линейный участок 
изменения входного и выходного токов. Для удобства анализа входная характеристика повернута на 
○. Проецируя линейный участок ab переходной характеристики на входную характеристику и линию нагрузки получают соответствующие линейные участки 
и 
на этих характеристиках.
|
|
|
Пусть на вход усилительного каскада воздействует гармонический сигнал 
, тогда напряжение 
будет содержать постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая определяет режим покоя входной цепи, переменная 
является усиливаемым сигналом. Спроецировав синусоиду входного напряжения на характеристику , находим ток базы. Ток базы 
состоит из постоянной и переменной 
составляющих. Одновременно с изменением тока базы в транзисторе изменяются эмиттерный и коллекторный токи. Кривую тока коллектора 
получаем проецированием кривой 
на переходную характеристику . Ток коллектора 
содержит постоянную и переменную 
составляющие. Спроецировав кривую тока на линию нагрузки, находим коллекторное напряжение 
, включающее постоянную и переменную 
составляющие. Переменная составляющая 
является выходным напряжением каскада. Для переменной составляющей 
сопротивление источника равно нулю, при этом выходной сигнал численно равен падению напряжения на резисторе
(3.38)
и находится в противофазе как к падению напряжения на нагрузочном сопротивлении коллектора, так и к входному сигналу . Противофаза входного и выходного сигналов указывает на инвертирующую особенность схемы.
При большом входном сигнале (рис. 3.12.) переменные составляющие токов базы и коллектора выходят за пределы линейных участков характеристик и . Сначала нелинейность базовой характеристики искажает отрицательную полуволну входного сигнала, затем нелинейность переходной характеристики искажает его положительную полуволну. Искаженный сигнал преобразуется с помощью линии нагрузки в искаженный выходной сигнал . Искажения выходного сигнала вызваны нелинейностью характеристик транзистора и называются нелинейными. Работа без искажений осуществляется при воздействии сигнала меньшей амплитуды, когда изменения напряжения и токов остаются в пределах линейных участков характеристик , .
Расчет параметров каскада
Расчет параметров усилительного каскада выполняют при отсутствии нелинейных искажений в линейном режиме работы, т. е. в классе А. Вначале составляют эквивалентную схему замещения каскада, представив транзистор в виде активного четырехполюсника. Схема замещения каскада с общим эмиттером для переменной составляющей приведена на рис. 3.13.
Схема замещения каскада построена на основе схемы замещения транзистора, обведенной пунктиром, с учетом элементов входной и выходной цепей. В схеме замещения каскада отсутствуют конденсаторы и источник выходной цепи , падением напряжения на которых для переменной составляющей пренебрегают. Исключение из схемы источника означает, что резистор оказывается включенным параллельно нагрузке 
и выходному сопротивлению 
транзистора, а резисторы и делителя – параллельно друг другу и входному сопротивлению 
транзистора. Сопротивление резистора в цепи эмиттера зашунтировано малым сопротивлением конденсатора и отсутствует в схеме. Сопротивлением делителя напряжения, которое существенно превышает входное сопротивление транзистора 
, пренебрегают. Выходное сопротивление транзистора много больше нагрузочного сопротивления коллекторной цепи 
и обычно не учитывается.
Из схемы замещения усилительного каскада следует, что входные ток, напряжение и сопротивление транзистора связаны между собой законом Ома
. (3.39)
Входное сопротивление каскада для схемы с ОЭ равно входному сопротивлению транзистора
(3.40)
и для прибора средней мощности составляет 102 – 103 Ом.
Выходное сопротивление каскада равно нагрузочному сопротивлению коллекторной цепи
, (3.41)
как это следует из схемы (рис. 3.13.), и составляет (1 – 10) кОм.
Для выходной цепи, представляющей параллельное соединение ветвей, справедлив первый закон Кирхгофа
. (3.42)
Дата добавления: 2018-05-01; просмотров: 1531; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!