£1В1 + В2

2 х F =

1в1 + £.В2 . V £ в1 + £. В2

Глава 4

РАБОТА УСИЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В КАСКАДЕ. ЦЕПИ ПИТАНИЯ И СВЯЗИ

4.1. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА И ИХ СВОЙСТВА

Если усилитель представлен одним усилительным элементом, например транзистором, то его, как отмечалось, удобно изобразить в виде четырехполюсника. А так как транзистор имеет только три вывода, то один из них оказывается общим для входа и выхода. Таким образом, общей точкой может являться один из электродов: эмиттер, база, коллектор, и число возможных способов вписывания транзистора в рамки четырехполюсника равно ще-сти. Однако только при трех из них транзистор обладает способностью усиливать мощность сигнала - когда база присоединена

Рис. 4.1. Схемы включения транзистора с общим эмиттером (а), с общей базой (б), с общим коллектором (б)

к одному из входных зажимов, а коллектор к одному из выходных (рис. 4.1). Сравним эти способы включения транзистора с точки зрения следующих свойств усилительных каскадов:

инвертирование или неинвертирование сигнала;

коэффициенты усиления;

входное и выходное сопротивления;

частота, отсчитываемая на уровне уменьшившегося в два раза коэффициента усиления;

нелинейные искажения и их зависимость от сопротивления источника сигнала.

4.1.1. КАСКАД с ОБЩИ.М ЭМИПЕРО.Ч

Если на базу п-р-п-транзистора подается мгновенное напряжение Мбэ с положительной полярностью (рис. 4.2, а), полное напряжение на базе увеличивается, в результате чего возрастают все токи (рис. 4.3,а). Если

под действием напряже-ния сигнала ток, напри- г-С1>-<>

.мер, коллектора увеличивается, то его постоянная составляющая /к складывается с переменной г'к, совпадающей по направлению с /к-

У каскада с р-п-р-транзистором (рис, 4.2, б) sl за счет входного напряжения положительной полярности полное напряжение на базе становится менее отрицательным, т. е. уменьшается по абсолютному значению, что сопровождается уменьшением всех токов, как показано на рис. 4.3,5, где положительная полуволна напряжения Ыбэ вычитается из напряже-жения смещения о^э и располагается слева от вертикали, проходящей через точку покоя А. Уменьшение при этом коллекторного тока объясняется тем, что постоянный ток складывается с переменным г'к, который в рассматривае-

Рис. 4 3. Временные диаграммы коллекторного тока транзисторов п-р-л-структуры (а) и р-л-р-структуры (б) в каскаде с ОЭ

3-1 65

-о-Or о-

/э.1з кз и

и

Рис. 4 2. Схемы каскадов с ОЭ на транзисторах п-р-п-структуры (а) и р-п-р-структур1 (б)

мый момент времени направлен навстречу постоянному току. Зависимость токов и от и^э качественно носит такой же характер, что и гк=/( БЭ ). поэтому сказанное можно распространить на токи других электродов.

Направление переменной составляющей 1к обуславливает мгновенную полярность выходного напряжения икэ, противоположную полярности входного напряжения Пбэ, т. е. аскад с ОЭ является инвертирующим. При усилении импульсного сигнала, проходящего через каскад с ОЭ, его полярность меняется на противоположную.

Свойства траизистора такавы, что коэффициент усиления каскада К=икэт1Ибэт, зависящий ОТ Rn, может быть получен больше единицы. Так, при Rh-co /(-21э|, причем параметр 21э = = кэ/<3 бэ может составлять тысячи. Однако при Rh-0 /(->0. Таким образом, у каскада с ОЭ 0</(<21э|. В используемых рабочих режимах коэффициент усиления рассматриваемого каскада составляет от нескольких единиц до нескольких десятков.

Коэффициент усиления тока

оказывается наибольшим при R = 0, достигая значения

1 та- =

213 >

(4.1)

(4.2)

которое при малых значениях частоты (/-0) доходит до нескольких сотен.

Таким образом, каскад с ОЭ обладает способностью одновременно усиливать и напряжение, и ток. При этом коэффициент усиления мощности Kp = KKi можно получить порядка тысяч и даже десятков тысяч (последнее в режиме согласования, когда Kp{Ru) максимально).

Входное сопротивление каскада с ОЭ в области малых f->-0 частот

бэ m б m

Ч1э=1/У11э.

(4.3)

слабо зависящее от i?H, у маломощных транзисторов обычно колеблется от 300 до 3000 Ом, а у мощных бывает и меньше 10 Ом.

Выходное сопротивление каскада с ОЭ в известной степени является функцией сопротивления источника сигнала: так, при Rr = 0 оно равно 1/г/22э, а при

Rr-oo ]?вых-1 г22э<1/г/22э

(если 1/12э = 0, то 123 = 0 и

-КЙщ) /2237/1223).

у маломощных транзи-Рис. 4.4. Зависимость от частоты коэффи- сторов ОНО равно НеСКОЛЬ-циента усилениятоса транзистора в кас- десяткам килоом.