Усилительный режим транзистора.

При использовании транзистора в качестве усилителя в его выходную цепь включается нагрузка, сопротивление которой будем для простоты считать чисто активным. На рис.16 усилитель на транзисторе изображен в обобщенном виде как четырехполюсник: в выходную цепь включено сопротивление нагрузки R_н; во входной цепи действует источник сигнала, создающий переменное напряжение, , которое должно быть усилено.

Три возможные схемы включения транзистора в качестве усилителя представлены на рис.17. В схемах с ОБ и с ОЭ сопротивление нагрузки R _н(R _к) включено в коллекторную цепь последовательно с источником коллекторного напряжения , в схеме с ОК нагрузка (R _э) включена в цепь эмиттера. Во входные цепи включены источники усиливаемого напряжения и напряжения смещения , (ОБ) или (ОЭ, ОК), позволяющие установить рабочую точку на практически линейном участке характеристики, где
искажения при усилении минимальны.

 

Нагрузочные характеристики транзистора.

Характеристики транзистора при наличии нагрузки называются нагрузочными характеристиками. Они имеют иной вид, чем статические характеристики, так как в данном режиме выходное напряжение не остаётся постоянным. Напряжение коллектора при наличии сопротивления R_Н в его цепи и ток коллектора I_К связаны соотношением:

или (31)

Это выражение, являющееся уравнением прямой, и представляет собой выходную нагрузочную характеристику транзистора. Эта прямая пересекает оси координат в точках при U_к= 0 и при . Нагрузочная характеристика строится на семействе выходных статических характеристик транзистора (рис.18).

Для получения входной нагрузочной характеристики транзистора перенесем на семейство входных статических характеристик точки А,B,С полученной нами выходной нагрузочной характеристики. Соединяя эти точки плавной кривой (рис.19), получим требуемую характеристику.

В схеме ОЭ входные статические характеристики в активном режиме практически сливаются и в справочниках обычно приводится лишь одна характеристика для достаточно большого напряжения U_КЭ, и ее можно принять в качестве входной нагрузочной характеристики.

По построенным нагрузочным характеристикам можно произвести расчет режима усиления: выбрать область неискаженного усиления, определить напряжение или ток смещения, допустимую амплитуду сигнала, входную и выходную мощность, коэффициент усиления по току, напряжению и мощности.

 

Связь коэффициентов усиления с h-параметрами.

В нагруженном режиме к уравнениям, связывающим приращения токов и напряжений, добавляется еще одно, связывающее приращение выходного тока и напряжения согласно нагрузочной характеристике:

,

Три уравнения связывают четыре переменные, таким образом, только одна из них является независимой. Исключая из этих уравнений те или другие величины, получаем

(32)

(33)

Обычно при включении с ОБ и ОЭ

h₂₂ <<1/ R_Н, (34)

h₁₁ / R_Н >> h₁₂h₂₁, (35)

тогда

(32а)

(34а)

(36)

Усилительные свойства транзистора при различных способах включения.

Схема с ОБ

По эквивалентной схеме по переменной составляющей (рис. 20) находим:

1.

2.

3.

4.

 

 

Недостатком схемы с ОБ является низкое входное сопротивление, затрудняющее согласования ступеней усиления.

 

Схема с ОЭ

По эквивалентной схеме по переменной составляющей (рис. 21) находим:

Благодаря более высокому входному сопротивлению и более высокому усилению по мощности схема с ОЭ получила на практике самое широкое распространение.

Схема с ОК

В схеме с ОК на эмиттерном переходе действует напряжение , равное разности между входным и выходным напряжениями. Поэтому коэффициент усиления по напряжению схемы с ОК всегда меньше единицы.

Схему с ОК называют эмиттерным повторителем. В схеме такого каскада возникает 100% последовательно-параллельная отрицательная обратная связь. Благодаря этому эмитерный повторитель имеет высокое входное и низкое выходное сопротивление. Эта схема применяется в основном для согласования источника сигнала с большим выходным сопротивлением с нагрузкой, имеющим малое сопротивление, при обеспечении усиления по току.