Реферат: Методы анализа транзисторных усилительных каскадов

Для кремниевых транзисторов малой и средней мощности, если постоянный ток коллектора колеблется в пределах = (0,5 - 50) мА, напряжение U _БЭ » 0,6 В.

При этом постоянный ток эмиттера необходимо выбирать больше амплитуды переменного тока в нагрузке I_{m Н} :

(6.57)

Выполнив эти условия, нестабильность напряжения DU _БЭ или тока DI _Б будет практически не оказывать влияния на основные характеристики усилительного каскада, а коэффициент усиления постоянного напряжения K_{U П} не превысит

. (6.58)

При фиксированных значениях Е _К потенциал базы практически не зависит от тока базы I _Б , т.е. от свойств конкретного транзистора.

Поэтому схема такого усилительного каскада носит название схемы с фиксированным базовым смещением.

Теперь рассмотрим как работает цепь эмиттерно-базовой стабилизации тока коллектора, которую еще называют температурной стабилизацией режима. Эта цепь состоит из R _Б1 , R _Б2 , R _Э .

Допустим, что температура увеличилась. Это приведет к увеличению тока коллектора, тогда

I _К ­ÞI _Э ­Þ (U_{R э} = R _Э I _Э ) ­Þ (U _БЭ = U_{R б2} - U_{R э} ) ¯ÞI _Б ¯ÞI _К ¯ÞÞI _К »const .

Так как сопротивления базового делителя R _Б1 , R _Б2 от температуры не зависят, то ток делителя I _Д = const , следовательно, U_{R б2} = const .

Для количественной оценки стабилизации применяют коэффициент нестабильности, который приближенно можно вычислить по формуле:

, (6.59)

где .

Обычно К _Н = (1,5 - 6). Для данной схемы он может составить К _Н = (3 - 6).

Вышеприведенные формулы и рассуждения соответствуют линейному (активному) режиму работы транзистора, поэтому при их практическом применении следует убедиться в том, что транзистор не находится в состоянии насыщения.

3. Анализ динамического режима работы

При рассмотрении динамического режима полагаем, что статический режим обеспечен, на вход усилительного каскада (Рис.6.10) подано гармоническое напряжение с частотой w :

Считается, что режим работы транзистора - малосигнальный (фактически линейный), т.е. сигнальные значения выходных токов DI _ВЫХ и напряжений DU _ВЫХ малы по сравнению с их значениями I _ВЫХ и U _ВЫХ в исходной РТ.

При малосигнальном режиме работы транзистора взаимосвязи и взаимозависимости между его токами и напряжениями определяются постоянными коэффициентами, не зависящими от уровня сигналов (малосигнальными параметрами). Основное применение находит система h -параметров:

(6.60)

где I _ВХ , I _ВЫХ , U _ВХ , U _ВЫХ - комплексные амплитуды сигнальных токов и напряжений.

h ₁₁ имеет смысл входного сопротивления база-эмиттер (при коротком замыкании входной цепи), для современных транзисторов составляет около 1 кОм; h ₁₂ - коэффициент обратной связи по напряжению (при разомкнутой входной цепи), характеризует внутреннюю связь между выходной и входной цепями транзистора, является безразмерной величиной, очень мал по величине (порядка 10^-3 ); h ₂₁ - коэффициент передачи тока базы (при коротком замыкании входной цепи, характеризует усилительную способность усилительного элемента, совпадает с коэффициентом b транзистора, который входит в паспортные данные транзистора и обозначается h _21Э ), также величина безразмерная; h ₂₂ - выходная проводимость транзистора (при разомкнутой входной цепи), зависит от угла наклона выходной характеристики транзистора. Величина, обратная h ₂₂ , называется выходным сопротивлением транзистора: r _ВЫХ = 1/h ₂₂ , типовое значение которого составляет около 10 кОм.

Существенным отличием усилительных приборов от пассивных элементов и цепей является их свойство однонаправленности передачи сигналов, которое может быть охарактеризовано неравенством |h ₂₁ | >> |h ₁₂ |.

Входное гармоническое напряжение (Рис.6.10) через C _Э прикладывается к участку база-эмиттер транзистора и вызывает изменения тока базы, который в свою очередь вызывает изменения коллекторного тока. Таким образом в составе коллекторного тока появляется переменная составляющая с частотой входного гармонического воздействия и амплитудой . Источником этой составляющей является транзистор. Учитывая, что сопротивление емкостей С _Э , С _Ф , С _Р для переменного напряжения с частотой w ничтожно малы, можно представить схему замещения усилительного каскада по переменному току (Рис.6.12).

Рис.6.12. Схема замещения усилителя по переменному току

В этой схеме с целью упрощения не показаны сопротивления базового делителя, фильтра и в цепи эмиттера.

Цепь прохождения переменной составляющей тока коллектора :