Главная | Обратная связь

Общий подход к задачам расчета усилителей переменного тока

Расчет усилителя по переменному току состоит в определении усилительных характеристик и параметров схемы усилителя. На первом этапе по известным математическим моделям транзисторов составляется математиче­ская модель всей схемы (так называемая электрическая эквивалентная схе­ма). На втором этапе рассматривают по этой модели искомые характеристики и параметры известными методами расчета электрических цепей.

По отношению к сигналам малой амплитуды (это вполне естественно, т. к. усилители собственно и предназначены для усиления слабых сигналов) транзистор можно рассматривать как линейное устройство. Это существенно упрощает расчет, т.к. возможно применение хорошо развитых методов расчета линейных электрических цепей.

В частности, в этом случае транзистор можно представить в виде линейного четырехполюсника, т.е. в виде стандартной гибридной h-схемы. В табл. 2 даны три схемы включения транзистора и соответствующие им экви­валентные электрические схемы в h-параметрах транзистора включенного по схеме с общим эмиттером. Схемы представлены только для переменного сигнала, а все источники постоянного напряжения заменены короткозамкнутыми цепями. В данных эквивалентных электрических схемах не учтены ем­кости p-n переходов и емкость нагрузки.

Во всех схемах даны h-параметры для схемы с общим эмиттером, поскольку в справочниках приведены вольт-амперные характеристики транзи­стора именно для схемы с общим эмиттером.

В упрощенных эквивалентных электрических схемах пренебрегаем генератором напряжения h_12эU₂, т.к. параметр h_12э мал (~10^-3 10^-4), а также пре­небрегаем выходным сопротивлением транзистора 1/h_22э, которое включено параллельно генератору тока (h_22э~10^-4-10^-5). В некоторых случаях, например при больших номиналах сопротивлений нагрузки и коллекторных резисто­ров, выходное сопротивление транзистора необходимо учитывать.

В целом эквивалентная электрическая схема, представленная на рис. 9 (аналог схемы включения транзистора с общим эмиттером в табл. 2), является универсальной для всех схем включения транзи­стора. Но в этом случае все h-параметры транзистора должны соответствовать данной схеме включения транзистора, т. е. для схемы с общей базой это должны быть: h_11б, h_12б, h_21б, h_22б, а для схемы с общим коллектором - h_11к, h_12к, h_21к, h_22к соответственно.

Переход от h-параметров схемы с общим эмиттером к h-параметрам схемы с общей базой или общим коллектором можно осуществить по формулам табл. 3.

Если в справочнике не приведены h-параметры транзистора, а даны только вольтамперные характеристики транзистора для схемы с общим эмиттером, то h-параметры определяются графическим путем с помощью задан­ных вольтамперных характеристик.

Например, входное сопротивление транзистора h_11э может быть определено по входной характеристике I_б = f(U_БЭ) при U_кэ = const (рис. 10). Пусть задан ток базы I_бА, определяющий статический режим работы транзистора. На входной характеристике находим рабочую точку "А", соответствующую этому току. Выбираем вблизи рабочей точки "А" две вспомогатель­ные точки приблизительно на одина­ковом расстоянии и определяем при­ращение тока базы I_б и напряжения U_бэ, по которым находим диффе­ренциальное входное сопротивление транзистора:

Параметры h_21э и h_22э определя­ются из семейства выходных характеристик I_к = f(U_кэ). Параметр h_21э на­ходится при заданном напряжении коллектора U_кэ = const, проходящем через рабочую точку "А" (рис. 11).

Приращение тока базы I_б следует брать вблизи заданного значения тока базы I_бА как I_б =I_б2 - I_б1. Этому приращению I_б соответствует приращение коллекторного тока I_к =I_к2 - I_к1. Тогда параметр h_21э находится как:

Параметр h_22э определяется по наклону выходной характеристики. Из семейства выходных характеристик выбирается та характеристика, на которой находится рабочая точка "А". На этой характеристике (т.е. при I_бА=const) вблизи точки "А" выбираются две вспомогательные точки приблизительно на одинаковом расстоянии и определяется приращение коллекторного напряже­ния U_кэ, вызывающее приращение коллекторного тока I_к (рис. 12). Тогда параметр h_22э будет равен:

Графическое определение параметра h_12э затруднено, поскольку семей­ство входных характеристик при различных U_кэ>0 практически сливается в одну (рис. 10). Параметр h_12э равен:

Учитывая, что значение параметра h_12э весьма мало (~10^-3-10^-4) и им, как правило, всегда пренебрегают, определять его графическим способом нет необходимости.