методичка 2003 часть 2 (новый вариант)

Максимальное значение Uвх , при котором транзистор работает в актив-

ном режиме, равно напряжению питания (Е). Поэтому амплитудная характеристика каскада почти линейна до уровня Е. Нелинейность вблизи начала координат обусловлена нелинейностью входной вольтамперной характеристикой (ВАХ) транзистора. Для данного диапазона Uвх справедливо следующее уравнение Кирхгофа:

где U x , I x – характеристические параметры ВАХ транзистора;T 25мВ - температурный потенциал.

Эксперименты показывают, что для кремниевых высокочастотных мало-

мощных транзисторов Ux≈0,5 при Ix=1мкА.

Поэтому более-менее точную амплитудную характеристику каскада можно рассчитать по формуле:

где Ux=const, Ix=const – параметры транзистора.

Зона «нечувствительности» вблизи начала координат, в пределах которой можно считать, что Uн 0, (т.е. каскад не реагирует на входной сигнал), лежит в диапазоне 400-500 мВ.

При отрицательных значениях Uвх транзистор каскада с ОК заперт. Однако его переходы могут в этом режиме "пробиться" (рис.5.8).

31

Поэтому максимальная отрицательная амплитуда Uвх не должна превышать значений:

где Uобр.max.э , Uобр.max.к - напряжения пробоя эмиттерного и коллекторного р-n-переходов VT1.

В ином случае может наступить пробой эмиттерного (при

ивх=Uвх( .)max.э ) или коллекторного (при ивх=Uвх( .)max .к ) p-n переходов. Заметим, что эти пробои, в принципе, обратимы (туннельный, лавинный).

Определим мощность, выделяемую на коллекторном переходе транзистора в виде тепла:

Функция Pк f (Uн ) (рис.5.9) при Uн=0.5Е имеет экстремум, при котором производная

32

PK Рн.max

4

U н

0.5E E

Рис.5.9. Зависимость мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора, от напряжения на нагрузке U н

Из графика (рис. 5.9) следует, что максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора в виде тепла, в четыре раза меньше максимальной

мощности, выделяемой в нагрузке ( Рн.max ):

где Pн.max Uн.maxIн.max E2 .

Rн

33

6 УТОЧНЕННЫЙ АНАЛИЗ КАСКАДА С ОБЩЕЙ БАЗОЙ

Для учета влияния внутренней обратной связи в транзисторе

ес

Рис.6.1. Эквивалентная схема каскада с общей базой

В этой схеме Rc – эквивалентное сопротивление источника сигнала; Rн.экв - эквивалентное сопротивление нагрузки.

Теория четырехполюсников дает следующие точные формулы для расче-

34

35

Выражение (6.2) справедливо при < 10 кOм, а выражение (6.3) - при высокоомных, в частности, динамических нагрузках, имеющих Rн.экв >1мОм.

Таким образом, зависимость коэффициента усиления по напряжению от сопротивления нагрузки при малых носит линейный характер. Однако,

при больших Rн.экв коэффициент усиления K у практически не зависит от ве-

личины Rн.экв и определяется глубиной внутренней обратной связи в транзи-

сторе – коэффициентом h12б (6.3).

Рис.6.3. Зависимость коэффициента усиления по напряжению от сопротивления нагрузки

Последнее обстоятельство особенно важно учитывать в схемах с активными (динамическими) нагрузками, так как ошибка в расчетах по приближенным формулам может быть значительной.

 Выходное сопротивление.

Формулу для Rвых (6.2) можно упростить с учетом приближения

hб h12б :

Если сопротивление источника сигнала близко к нулю ( Rc 0), то:

Таким образом, учёт влияния внутренней обратной связи в транзистореh12б и его сопротивления коллекторного перехода (rк) вносит суще-

ственные уточнения в предельные значения основных динамических параметров каскада.

38

7 УТОЧНЁННЫЙ АНАЛИЗ КАСКАДА С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ

Упрощённая эквивалентная схема каскада с ОЭ представлена на рисунке

7.1.

ec

Рис.7.1. Упрощенная эквивалентная схемам каскада с ОЭ

Формальное использование результатов расчёта каскада в системе | hэ | -

параметров транзистора VT1, даёт следующие формулы для его основных качественных показателей:

Для того чтобы сравнить усилительные свойства каскадов с ОБ и ОЭ, целесообразно выразить h-параметры транзистора с ОЭ через h-параметры транзистора в схеме с ОБ. Тогда с учетом известных формул пересчета находим:

39

Сравнение формулы (7.3) с формулой (6.1) показывает, что коэффициент усиления каскадов с ОЭ и ОБ отличается только знаком (фаза ин в схеме с ОЭ изменяется). Поэтому все графики зависимостей K у f (Rн.экв) схемы с ОБ

справедливы и для данного каскада.

 Коэффициент усиления по току

При Rн входное сопротивление каскада с ОЭ равно (для аналогичного условия) входному сопротивлению каскада с ОБ (рис.7.2).

40