Полупроводниковый усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительные каскады бывают трёх типов:

1) при включении транзистора с общим эммитером.

2) при включении транзистора с общей базой.

3) при включении транзистора с общим коллектором.

Наибольшее распространение получили каскады 1-го типа, так как в усилителях этого типа осуществляется усиление, как по напряжению, так и по току. Каскады с общей базой обеспечивают усиление только по напряжению, а каскады с общим коллектором (эммитерные повторители), только по току.

Рассмотрим усилительный каскад при включении транзистора по схеме с общим эммитером.

С₁ и С₂ - раз-делительные ём-кости.

Рассмотрим усилительный каскад по постоянному току (U_вк=0). Резистор R_s служит для фиксации положения рабочей точки, ёмкости С₁ и С₂ служат для отделения входной и выходной постоянной составляющего тока.

По второму закону Кирхгофа:

U_эк + I_кR_к = Е_к

Получение уравнения с двумя неизвестными, для определения неизвестных I_к и U_эк нужно иметь одно соотношение, представленное аналитически или графически, таким соотношением служит выходная ВАХ транзистора при заданном токе базы. (1) – есть уравнение прямой, которую можно построить по двум точкам.

U_эк=0, => I_к=E_k/R_k

I_к=0, => U_эк=E_k

По соотношению (1) построена так называемая линия нагрузки по постоянному току. Точка пересечения этой линии нагрузки в соответствующей выходной характеристикой транзистора даст нам рабочую точку транзистора, которую обозначим точкой А. Соответствующие электрические величины, определяющие эту точку будем обозначать с индексом А.

Таким образом мы выяснили, что заданием тока базы А выбирается рабочая точка транзистора. По второму закону Кирхгофа:

U_эба + I_баR_б = E_к

Отсюда необходимый резистор R_б, задающий ток базы А равен:

R_б,= E_к- U_эба /I_ба≈ E_к/I_ба

1) Построим переходную характеристику каскада.

2) Построим входную динамическую характеристику каскада.

Напомним, что входные статические характеристики транзистора, почти не зависят от напряжения U_эк и для большинства транзисторов можно считать, что входные характеристики при различных напряжениях между Э и К сливаются в одну, которая, обычно, и приводится в справочниках (при U_эк=5 В). Очевидно, что в этом случае входная динамическая характеристика не отличается от статической (при U_эк=5 В).

Рабочая точка А обычно выбирается в середине линейной части переходной характеристики, при работе усилительного каскада в режиме класса А. Рабочая точка А характеризуется четырьмя электрическими параметрами: I_ба, U_эба, I_ка, U_эка.

Обратим внимание, что фаза выходного напряжения на 180° отличается от фазы входного напряжения.

Из построения видно, что коэффициент усиления по напряжению ≈ 28.

Если считать, что ёмкостное сопротивление при подачи переменного сигнала = 0, то проведённый анализ для переменной составляющей пригодный только при R_н = ∞. По переменной составляющей линия нагрузки будет проходить через рабочую точку, но круче, чем для постоянной составляющей, покажем это.

U_эк=U_экА+U_эк~= U_экА+I _к~(R_к||R_н)= U_экА+(I_к-I_кА)(R_к||R_н)

U_эк- U_экА=(I_к-I_кА)(R_к||R_н)

Это уравнение прямой, проходящей через точку А, т.е. линия нагрузки по переменному току проходит через рабочую точку усилительного каскада. Только линия нагрузки по переменному току проходит круче, при этом выходное напряжение будет меньше амплитуды, т.е. R_н уменьшает коэффициент усиления каскада по напряжению.

Коэффициент усиления по напряжению это есть отношение переменной составляющей U_вых к переменной составляющей U_вх. В нашем случае этот коэффициент значительно больше 1.

Схема усилительного каскада с общим эммитером.

Рассчитать схему стабилизированной рабочей точки транзистора МП40А усилительного каскада. Необходимо обеспечить высокую надёжность работы схемы стабилизации при использовании в каскаде любого транзистора данного типа. Схема стабилизированного режима транзистора не должна заметно уменьшать сопротивление каскада.

- максимальная темпе-ратура окружающей среды, Е_к=15 В. Параметры желательной рабочей точки транзистора:

I_кА = 8,5 мА, U_кА = 4,8 В, I_бА = 0,26 мА, U_эбА = 0,21 В (из графического анализа)

Допустимое абсолютное значение тока коллектора должно составлять не более 0,1I_кА. Параметр R_к2 = 1 кОм. Учитывая требования высокой надёжности при расчёте схемы стабилизации рабочей точки исходили из максимального значения обратного тока коллектора при , I_ко = 15 мкА.

, где , - для германиевого транзистора; - для кремниевого транзистора.

;

мА;

; мВ/;

Принимаем.

Дата добавления: 2014-01-07