И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

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 h11и в h 21эраз больше предельной частоты f грсхемы 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 ки 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.

На семействе характеристик I к= f( U кб ) обозначим через Р 1и Р 2точки, соответствующие этим значениям, а затем проведем через них прямую, называемую нагрузочной прямой .

В рассматриваемом примере нагрузочная прямая одинакова для переменного и постоянного тока, поскольку в представленной на рис. 4.10, а схеме сопротивление нагрузки (резистивное) не зависит от частоты. Точка Р 0, лежащая на этой прямой и соответствующая значениям I ки U кбв схеме при отсутствии сигнала на входе, называется рабочей точкой в состоянии покоя Р 0. При заданных значениях R ки Е крабочая точка зависит от значений R эи Е э, определяющих напряжение смещения перехода эмиттер — база, а следовательно, и ток I э. В режиме линейного усиления рабочую точку выбирают таким образом, чтобы она лежала вблизи середины нагрузочной прямой, проходящей через точки Р 1и Р 2.

На семействе характеристик I к= f( U кб ) можно нанести управляющее колебание. Если изменения мгновенного значения тока эмиттера, вызванные этим колебанием, будут находиться, в пределах от i э махдо i э min, то, двигаясь вдоль этой прямой, можем определить диапазон изменений тока и напряжения между коллектором и базой.

Когда сопротивление нагрузки для переменного тока имеет другое значение, чем для постоянного, на семействе характеристик строим две нагрузочные прямые: одну для постоянной составляющей, другую для переменной. Обе прямые всегда пересекаются в рабочей точке.

Рис. 4.15. Нагрузочная характеристика в семействе статических выходных характеристик схемы ОБ

Схема усилителя, работающего по схеме ОЭ, представлена на рис. 4.12, а , а примерные выходные характеристики I к= f( U кэ ) для I б= const на рис. 4.16, а. При построении рабочей характеристики принято Е к= 12 В, R к= 2 кОм, а также использовано уравнение

I кR к+ U кэ= Е к

Затем построена нагрузочная прямая. Рабочая точка покоя Р 0выбрана для I б= 80 мкА. Для точек Р 1и Р 2 в этом случае имеем:

I б( Р 1) = 120 мкА; I к( Р 1) = 5 мА;

I б( Р 2) = 40 мкА; I к( Р 2) = 1,3 мА.