Энциклопедия практической электроники - Рутледж Д.
ISBN 5-94074-096-0
Скачать (прямая ссылка):
U„b«Uf+IcRe
(9.27)
U / U;
(9.28)
(9.29)
[208] 9. ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ
Rc
а) б)
Рис. 9.9. Эквивалентная схема определения усиления по напряжению G и входного импеданса Z для усилителя с общим эмиттером и эмиттерным резистором (а). Схема с добавленной емкостью Миллера (б)
С выходным напряжением дело обстоит несколько сложнее, так как ток протекает через Rc. Это же придает выходному напряжению отрицательный знак. С учетом сказанного можно записать:
u = -icRc (9.30)
Обратите внимание: поскольку и имеет знак, противоположный знаку ц, то усилитель является инвертирующим. Чтобы получить значение коэффициента усиления G, следует разделить одно выражение на другое:
Gu = -Rc/Re (9.31)
В данную формулу для расчета коэффициента усиления входят только значения сопротивлений резисторов, которые могут быть изготовлены с очень высокой точностью. Обратите внимание, что коэффициент усиления может иметь величину меньше единицы, если Re > Rc.
Рис. 9.9а также можно использовать для определения входного импеданса. В этом случае уже нельзя пренебречь базовым током, так как он является входным. Входной импеданс определяется по формуле:
Z1 = Vi1, (9.32)
Из уравнения 9.29 следует, что
Ui«icRe = ?ibRe (9.33) Ла основании этого можно записать:
Z1 = PR6 (9.34)
В данном выражении коэффициент ? показывает степень увеличения полного входного сопротивления. Этим выражением хорошо пользоваться для определения напряжения холостого хода источника. Однако в задаче № 22 будет показано, что на практике получить такое высокое значение полного входного сопротивления нельзя, так как вход зашунтирован емкостью, существующей между базой и коллектором. Данная емкость иногда называется емкостью Миллера. Ее наличие обусловлено конструкцией транзистора: области с различной проводимостью
9.6. ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В СХЕМЕ С ОЭ ЩЩ
расположены как бы слоями, один над другим, поэтому напряжение в одном из слоев индуцирует появление заряда в другом. Эта емкость очень мала и составляет всего несколько пикофарад. Но ее влияние многократно увеличивается за счет большого коэффициента усиления транзистора. Обратимся к схеме на рис. 9.96, где во входную цепь добавлен конденсатор. Напряжение на одной обкладке конденсатора равно U;, а на другой - является выходным коллекторным напряжением u = G41Uj. Ток, проходящий через конденсатор im, запишем как: (
L = Jo)Cm(Ui - u) = jO)Cm(Ui + IG» = jO)Cm(l + IGJ)U1 (9.35)
Влияние конденсатора определяется коэффициентом |GU| + 1. Входной импеданс можно представить в виде:
Z1 = PReII(IGJ+ I)Q1 (9.36)
После этого нетрудно рассчитать значение выходного импеданса, которое понадобится при построении эквивалентной схемы Тевенина или Нортона для рассматриваемого усилителя. До сих пор мы допускали, что напряжение на коллекторе не влияет на ток транзистора в активном режиме. Однако на пологом участке графика BAX также существует небольшой наклон (рис. 9.10).
Увеличение Ib
VEorly Vce
Рис. 9.10. Зависимость коллекторного тока от напряжения, определяющая наклон графика BAX в активной области
Примечание к рис. Если аппроксимировать графики характеристик в область отрицательных напряжений, они пересекутся с осью напряжений в одной точке, называемой напряжением Эрли.
Наклон линий вызван тем, что эффективная толщина базы уменьшается при высоких напряжениях (так называемый эффект модуляции базы), поэтому значение ? увеличивается. Интересно, что при аппроксимации линейных участков все графики пересекутся с осью напряжений в одной точке. Величина напряжения в этой точке получила название напряжение Эрли. Как правило, оно не приводится в паспортных данных, поскольку зависит от толщины базы конкретного транзистора. Для транзистора 1N2222A, который используется в предусилителе и рассматривается в задачах № 21 и № 22, напряжение Эрли составляет 145 В. І Так как оно значительно превышает любое напряжение, которое прикладывается
ЩО] 9. ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ
а) б)
Рис. 9.11. Малосигнальная модель транзистора, учитывающая коллекторное сопротивление гс (а), и малосигнальная модель усилителя с ОЭ, используемая для расчета выходного импеданса Z0 (б)
к коллектору в схеме, то приблизительное значение сопротивления коллектора гс можно рассчитать по формуле:
Гс=иЭрли/1с (9.37)
і
Подобно эмиттернрму сопротивлению гь сопротивление коллектора обратно зависимо от тока. Для тока смещения коллектора величиной 50 мА коллекторное сопротивление составит около 3 кОм. На рис. 9.11а приведена малосигнальная модель транзистора с учетом коллекторного сопротивления гс (рис. 9.11а).
На рис. 9.116 представлена малосигнальная модель усилителя с ОЭ. В этой модели используется общее сопротивление источника питания R/, Которое определяется по выражению:
R; = Rs + r„ (9.38)
Коллектор также имеет собственную емкость, которая должна быть учтена, так как ее реактивная составляющая сравнима с сопротивлением коллектора. Полное сопротивление коллектора рассчитывается по формуле:
zc = rc||Cc (9.39)
где Сс - выходная емкость, значение которой указывается производителем в паспортных данных. Для коллектора 2N2222А, используемого в схеме предусилителя, Сс равна 8 пФ, что на частоте 7 МГц дает величину емкостного реактивного сопротивления 2,8 кОм.
