Меню

Статический режим транзисторных усилительных каскадов

Активный компонент усилителя (транзистор, операционный усилитель, электронная лампа) для выполнения той или иной функции должен иметь вполне определённые координаты статического режима: напряжения на электродах, токи через выводы. Здесь мы будем анализировать работу активных компонентов только в линейном режиме. Координаты статического режима будут задаваться с помощью резисторов, стабилитронов, диодов, источников ЭДС или тока, подключаемых к выводам активных компонентов; эти элементы будем называть цепями смещения.

Параметры элементов цепей смещения должны быть определены на основе расчёта, который выполняется, как правило, на основе решения системы уравнений, составленной на основе первого и второго правил Кирхгофа.

Так, для схемы, приведённой на рисунке 1, справедлива следующая система уравнений:

где UБ – потенциал базы транзистора; IK, IЭ – токи коллектора и эмиттера транзистора соответственно; UКБ, UБЭ – разность потенциалов между соответствующими электродами.

Рис. 1. Схема установления статического режима биполярного транзистора

Второе уравнение системы (1) можно упростить, если выполняется условие: IБ << UБ /RБ2,

которое, по сути, означает, что ток базы пренебрежимо мал по сравнению с током делителя RБ1, RБ2; поэтому первым слагаемым в правой части второго уравнения системы (1) можно пренебречь.

Для современных кремниевых транзисторов малой и средней мощности можно считать, что в активном режиме UБЭ » 0,6¸0,7 В, а остальные параметры – любой ток или напряжение, сопротивления резисторов – могут быть неизвестными. На практике чаще всего встречаются три основных ситуации.

1. Полностью отсутствует или имеется минимальная исходная информация о координатах статического режима транзистора. Требуется осуществить параметрический синтез схемы – рассчитать параметры цепи смещения. Поскольку в этом случае система уравнений (1) содержит только неизвестные величины, допустимо множество её решений. В этом случае необходимо задаться некоторыми параметрами элементов цепи смещения и, руководствуясь инженерными соображениями, выбрать разумные координаты статического режима транзистора.

Во-первых, определяют положение рабочей точки (РТ) на входной и выходной характеристиках транзистора (рис. 2). Необходимо, чтобы РТ (рис. 2а) лежала ниже кривой I =f(PК.МАКС ) – так называемой кривой равной мощности; таким образом гарантируется отсутствие превышения предельных эксплуатационных параметров транзистора. Для этого необходимо провести нагрузочную прямую, пересекающую оси координат в точках ЕП и ЕП/RК так, чтобы она полностью лежала ниже кривой равной мощности, и на ней выбрать положение РТ. По сути, нагрузочная прямая показывает возможные координаты рабочей точки при выбранном резисторе RК и напряжении ЕП при изменении сопротивления промежутка коллектор-эмиттер транзистора от нуля до бесконечности, то есть от режима насыщения до режима отсечки.

Во-вторых, для маломощных транзисторов рекомендуется устанавливать типовые значения параметров токов и напряжений, входящих в систему (1.1): IК » 1 мА; напряжение питания ЕП – из стандартного ряда – 3; 4,5; 5; 6,3; 9; 15 [B] и т.д. Напряжение коллектор-эмиттер можно выбирать из условия:

UКЭ » (EП – IЭ RЭ ) /2.

Рис. 2. Выходные а) и входная б) характеристики биполярного транзистора

В этом случае можно обеспечить максимально возможную неискажённую амплитуду сигнала на выходе усилителя в схеме с общим эмиттером или с общей базой. Если предполагается, что амплитуда сигнала на выходе усилителя будет мала (несколько десятков – сотен милливольт), статическое напряжение коллектор-эмиттер должно выбираться из условия обеспечения активного режима работы транзистора (переход коллектор-база смещён в обратном направлении).

2. Существует некоторая исходная информация: часть координат статического режима задана, определены номиналы некоторых резисторов. Естественно, расчёт ведётся с учётом заданных параметров, а остальные неизвестные в системе (1) выбираются из тех же соображений, что и в первом случае. При этом, возможно, придётся использовать несколько итераций для получения рациональных значений неизвестных величин.

3. Номиналы цепей смещения заданы, необходимо определить координаты статического режима. В этом случае находят в справочнике необходимую информацию о параметрах транзистора и проводят анализ.

На практике в различной РЭА применяется довольно большое количество схем установления статического режима. Всем им присущи определённые достоинства и некоторые недостатки. Наиболее распространённые схемы задания статического режима биполярных транзисторов приведены на рисунке 3, полевых транзисторов – на рисунке 4.

Перейти на страницу: 1 2 3 4 5

Другие статьи:

Аппроксимация характеристик нелинейных элементов радиотехнических цепей
Ознакомление с методами аппроксимации характеристик нелинейных элементов радиотехнических цепей; изучение методов гармонического анализа колебаний в нелинейных цепях; экспериментальные исследования преобразования спектров ко ...

ФВЧ - фильтр высоких частот
Цель выполнения курсовой работы: ü закрепление и углубление полученных студентами на лекциях и лабораторных занятиях знаний; ü получение навыков моделирования реальных электронных схем с помощью стандар ...

Амплитудная и угловая модуляция сигналов
Перенос сигнала из одной точки пространства в другую осуществляет система электросвязи. Электрический сигнал является, по сути, формой представления сообщения для передачи его системой электросвязи. Чтобы передать сигнал в ...

(C) 2019 | www.techniformula.ru