Электроника в вопросах и ответах - Страница 22

u_бэ = h_11б·i_э = (1 + h_21э)·h_11б·i_б;

u_кэ = i_к·R_к

Тогда усиление по напряжению

К_UЭ = u_кэ/u_бэ = h_21э·R_к/h_11э ~= R_к/h_11б

а усиление по току, как уже было известно, равно К_IЭ = h_21э

Входное сопротивление

r_вх ~= (1 + h_21э)·h_11б ~= h_11э

включено параллельно R_б.

Основные свойства схемы ОЭ в сравнении со схемами ОБ и ОК можно свести к следующим: большое усиление по напряжению (возможно не менее 1000), большое усиление по току (возможно не менее 30), очень большое усиление по мощности (возможно не менее 30 000), среднее входное сопротивление (около 2 кОм), среднее или большое выходное сопротивление (примерно 100 кОм).

Типичными статическими характеристиками транзистора в схеме ОЭ являются: выходная характеристика рис. 4.13, а — зависимость тока коллектора I_к от напряжения при постоянном напряжении U_бэ или токе I_б[12] и входная характеристика (рис. 4.13, б) — зависимость тока базы I_б от напряжения U_бэ при постоянном напряжении U_кэ, выбранном в качестве параметра.

Рис. 4.13. Статические характеристики транзистора в схеме ОЭ:

_{а — выходные; б — входные}

Как видно из выходных характеристик, ток коллектора начинает появляться уже при очень небольших значениях напряжения U_кэ, смещающего коллекторный переход в запирающем направлении, и быстро достигает значения, выше которого возрастает уже незначительно. При токе базы, равном нулю, в цепи коллектора протекает обратный ток коллектора

I_кэо = I_кбо/(1 — h_21б)

Из выходной характеристики можно легко определить коэффициент передачи по току в схеме ОЭ h_21э как отношение приращения тока коллектора ΔI_к к приращению тока базы ΔI_б при постоянном напряжении коллектор — эмиттер (U_кэ = const), т. е. для ΔU_кэ = 0. Получим

Из характеристики транзистора, работающего в схеме ОЭ, можно также определить h_11э и h_22э^:

Транзисторную схему с общим коллектором (ОК) часто называют эмиттерным повторителем. Входной сигнал подводится между базой и коллектором, а нагрузка включается между эмиттером и коллектором (рис. 4.14, а). Физическая модель (эквивалентная схема ОК) представлена на рис. 4.14, б. Для эмиттерного повторителя справедливы следующие соотношения:

h_11к = h_11э; h_12к ~= 1; h_21к = — h_21э; h_22к ~= h_22э ~= h_21э·h_22б;

Рис. 4.14. Транзистор в усилительной схеме ОК (а) и физическая модель транзистора, работающего в схеме ОК (б)

Основные свойства схемы ОК по сравнению со схемами ОБ и ОЭ сводятся к следующему: большое усиление по току (возможно примерно 30), усиление по напряжению меньше единицы, малое усиление по мощности (примерно 30), очень большое входное сопротивление (возможно 2 МОм), очень малое выходное сопротивление (не более 200 Ом).

Схемы ОБ, ОЭ, ОК отличаются входным и выходным сопротивлениями, усилением по напряжению, току и мощности. Численное значение каждого из этих параметров зависит от типа транзистора и условий его работы. Наибольшее усиление по мощности в каждой из схем достигается при согласовании транзистора, с одной стороны, с источником сигнала и, с другой стороны, — с нагрузкой.

Наибольшее входное сопротивление достигается в схеме с ОК, наименьшее в схеме ОБ. Что касается выходного сопротивления, то ситуация обратная: наибольшее сопротивление можно получить в схеме ОБ, наименьшее — в схеме ОК. Коэффициент усиления по напряжению в схемах ОБ и ОЭ почти одинаков (возможно 1000), а в схеме ОК он меньше единицы. Наибольшее усиление по мощности достигается в схеме ОЭ (можно получить несколько десятков тысяч), наименьшее — в схеме ОК (несколько десятков). Наибольшую рабочую частоту для данного транзистора можно получить в схеме ОБ. Она определяется частотой f_h11 и в h_21э раз больше предельной частоты f_гр схемы ОЭ.

Существенной особенностью схемы ОЭ является переворачивание фазы сигнала. Это основано на том факте, что в случае нагрузки схемы резистором фаза выходного сигнала перевернута на 180 относительно фазы входного. В схемах ОБ и ОК переворачивание фазы сигнала отсутствует.

Это уравнение прямой, выражающее зависимость тока коллектора от напряжения на нем при определенных значениях напряжения источника питания и сопротивления нагрузки. По характеристике можно определить мгновенные значения напряжений и токов при возбуждении входной цепи управляющим сигналом.

При построении рабочей характеристики используются статистические характеристики транзистора, которые, как известно, снимаются в измерительной схеме без сопротивления нагрузки и без управляющего входного колебания.

Наличие сопротивления нагрузки приводит к возникновению падения напряжения на этом сопротивлении за счет постоянной составляющей выходного тока, а подключение источника управляющего напряжения вызывает как изменение протекающего через транзистор тока, так и дополнительное падение напряжения на сопротивлении нагрузки. Связь между токами и напряжениями в этом случае определяется именно рабочей характеристикой.

При определении рабочей (нагрузочной) характеристики при усилении переменных колебаний следует учитывать фактическое сопротивление нагрузки, которое для переменного тока может иметь другое значение, чем для постоянного тока.

Усилитель, работающий в схеме ОБ, представлен на рис. 4.10, а, а выходные характеристики I_к = f(U_кб) для I_э = const — на рис. 4.15.

Для выходной цепи можно записать следующее уравнение:

I_кR_к + U_кб = Е_к

которое говорит о том, что сумма падений напряжения на сопротивлении R_к и на переходе коллектор — база должна быть численно равна напряжению источника питания. Для R_к = 2 кОм и Е_к = 12 В на основании этого уравнения получим два крайних значения: U_кб = 0, если I_к = 6 мА, и U_кб = 12 В, если I_к = 0.