В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

3. Выходное сопротивление:

R вx = R к∙ R кэ/( R к+ R кэ),

где R кэ— сопротивление участка коллектор-эмиттер транзистора.

Обычно R кэ >> R к. Taк, при токе коллектора в 1 мА типовое значение R кэпримерно равно 100 кОм, а при токе 200 мкА оно равно примерно 500 кОм.

Необходимо помнить, что внутреннее сопротивление источника сигнала r и входное сопротивление транзистора R вx образуют делитель напряжения и напряжение источника сигнала будет распределяться между этими сопротивлениями. Надо учитывать и то, что сопротивление нагрузки усилителя (например, входное сопротивление следующего каскада) подключено по переменному току (сигналу) параллельно с R ки R кэ.

Значительно чаще находит применение схема с общим эмиттером и ООС по току (в цепи эмиттера имеется резистор R э). Так, второй и третий каскады усилителя «электронного уха» выполнены именно по этой схеме.

1. Коэффициент усиления такого каскада:

где S= I к/ U т— крутизна передаточной характеристики.

При увеличении сопротивления резистора R эувеличивается глубина ООС и К —> R к/ R э, а при уменьшении К —> I к∙ R к/ U т.

Если вычислить коэффициент усиления второго каскада усилителя по приближенной формуле, то получим 4,7 и 3,3 соответственно.

2. Входное сопротивление

R вx = R бэ + h 21э∙ R э= h 21э∙(1/ S+ R э)

Из этого выражения видно, что входное сопротивление легко определить, зная сопротивление резистора R эи коэффициент передачи транзистора по току h 21э.

3. Выходное сопротивление:

R вых~= R к

Следует остановиться на выборе рабочей точки на характеристике транзистора. В усилителе «электронного уха» установка рабочей точки осуществляется с помощью гасящего резистора. Если требуется стабильный режим работы, то обязательно надо использовать ООС по току, т. е. в цепь эмиттера включить резистор что и сделано в этом усилителе.

Теперь рассмотрим интересный пример. Транзистор имеет параметр — обратный ток коллектора I кб0, который зависит от температуры: при повышении температуры на каждые 10 °C ток I кб0кремниевых транзисторов изменяется в 2,5 раза. Сам по себе ток незначителен: у маломощных транзисторов он составляет микроамперы, но от него зависит ток коллектора: I к= I кб0∙( h 21э+ 1). Например, если I кб0= 5 мкА при 20 °C, то при 40 °C, а это обычная температура внутри работающего транзистора, он возрастает до 20 мкА, что приводит к увеличению тока коллектора на Δ I к= Δ I кб0∙( h 21э+ 1) = 15∙(25 + 1) = 390 мкА, т. е. почти на 0,4 мА, а это уже заметно, т. к. рабочий ток коллектора составляет 1 мА. А если h 21эсоставляет сотни единиц, то ток коллектора увеличится в несколько раз.

Увеличение тока коллектора приводит к уменьшению тока базы, поскольку ток базы I б= I э— I к. Изменение же тока базы приводит к изменению напряжения на базе, а даже незначительное изменение напряжения U бэприводит к значительному изменению тока коллектора транзистора. Поэтому очень важно обеспечить температурную стабилизацию режима работы транзистора.

Следует также отметить, что схема с ОЭ при больших токах базы и больших сопротивлениях резистора R б чувствительна к пробою, поэтому, чтобы исключить работу транзисторного каскада с обрывом базы (т. е. при R б= ), первым следует подключать (подпаивать) к схеме вывод базы, а отключать (отпаивать) последним.

Применение индуктивности в цепи базы транзистора при работе с короткими импульсами или импульсами с крутыми фронтами так же недопустимо, как и использование больших сопротивлений в цепи базы.

Схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель) тоже ча<;то находит применение, т. к. имеет большое входное и малое выходное сопротивления. Его коэффициент усиления К ~= 1 ( К < 1), входное сопротивление R вх ~= h 21э R эи почти не отличается от входного сопротивления схемы с общим эмиттером и ООС по току.

Выходное сопротивление:

где R вн— внутреннее сопротивление входного источника сигнала.

Схема с общей базой редко используется, поэтому мы не будем приводить ее параметры.

Предельные параметры учитываются и при замене одного типа транзистора другим. Не рекомендуется, например, использовать высокочастотный транзистор там, где может работать низкочастотный. Высокочастотные транзисторы, как правило, очень чувствительны к перегрузкам, усилительные схемы на них подвержены самовозбуждению.

Для маломощных схем, работающих при малых коллекторных токах, необходимо выбирать маломощные транзисторы. Применение мощного транзистора в этом случае приведет к неустойчивой работе схемы. Кроме того, в первом каскаде высокочувствительных усилителей рекомендуется применять транзисторы с малым уровнем шумов.

При замене одного типа транзистора другим в УЗЧ целесообразно применять транзисторы со значением h 21э, не ниже, чем у заменяемого. При недостаточных методах стабилизации рабочей точки может потребоваться индивидуальный подбор сопротивления резистора в цепи базы для установки необходимого тока коллектора. При этом может оказаться, что заменяемый транзистор уже давно снят с производства или отсутствует в вашей «кладовке». В этом случае можно подобрать транзистор другого типа той же структуры с аналогичными или близкими параметрами. Для подбора таких транзисторов следует использовать справочник по транзисторам. Кроме того, в этом случае можно воспользоваться табл. 4.7, в которой транзисторы размещены по своему основному назначению, а последовательность размещения в группах такова, что все последующие транзисторы заменяют предыдущие. Возможна и обратная замена, когда предыдущий транзистор заменяет последующий из той же группы, но в этом случае качество работы каскада может ухудшиться. В скобках указаны транзисторы, снятые с производства.

Низкочастотные транзисторы в группах расположены с учетом возрастания гарантированного значения коэффициента h 21э. Высокочастотные транзисторы расположены в группах в порядке возрастания предельной частоты. Это связано с тем, что на высоких частотах усиление транзистора тем больше, чем выше его предельная частота.