/ РОЭ - граничная частота транзистора при включении с общим эмиттером, приближенно определяемая по формуле

/гроэ-Лр(1-ао)-4 . (13)

Отсюда видно, что граничная частота при включении с общим эмиттером во много раз (приблизительно в Ро раз) ниже, чем при включении с общей базой. Например, у транзистора с ао = 0,98 п граничной частотой frp =500 кгц граничная частота /гроэ~10 кгц и находится уже в диапазоне звуковой частоты.

Входное сопротивление транзистора, включенного с общим эмиттером, с ростом частоты падает (рис. 1.12). Такой зависимости входного сопротивления от частоты

соответствует эквивалентная схема входной цепи транзистора, изобра-

Рис 1 12 Зависимость входного сопр. тивлеиия транзистора от частоты при малом сопротивлении нагрузки выходной цепи, при включении с общим эмиттером

Рис 1 13 Эквивалентная схема входной цепи транзистора с общим эмиттером при Z < Zobix

женная на рис. 1.13, где го сопротивление базы, Гэд и С^д - динамическое сопротивление и динамическая емкость эмиттерного перехода, определяемые выражениями:

/ э Rkx (,Г)

где

0.16

0,16

Ск(1 - К)

(1.4) (1.5)

Ск - емкость коллектора - база транзистора; Гэ - сопротивление эмиттерного перехода; Ruxor,- входное сопротивление транзистора в рабочей точке при включении с общей базой, определяемое по его статической входной характеристике для включения с общей базой; /?к~- сопротивление нагрузки цепи коллектора переменному току;

К - коэффициент усиления напряжения (отношение выходного напряжения сигнала к входному) каскада, для которого рассчитывают Сэд.

Однако иелиннна во много рач меньше, чем Гэц, и поэтому дл!. практических расчетов можно пользоваться упрои1енной эквивалентной схемой входной цени, из которой исключено.

Пример 1.5. Рассчитаем С^д для реостатного каскада с транзистором, вклю-чен)1ым с общим эмиттером и имеющим следующие данные,

- граничная частота f ,.р =500 кгц;

- емкость коллектор - база транзистора С к =50 пф,

- входное сопротивление транзистора для включения с общей базой

Р В1. аГ, =10 ОМ,

- коэффициент уснлемнл каскада по напряжению Кдэ =00.

Сзд^ fl +СЛ1 + К) J 1 р vitx об

0,16

500 000 10

-fSO 10~2(1-+-100) =37 050 пф.

Пз примера видно, что динамическая входная емкость транзистора, включенного с общим эмиттером, во много раз превышает динамическую входную емкость каскада с электронной лампой.

Значения л^, С^, а, р, fгр можно найти в справочных данных транзистора; величина Гэ достаточно точно определяется выражением

где /э - ток эмиттера в рабочей точке, ма.

При включении с общим коллектором граничная частота транзистора та же, что и прн включении с общим эмиттером, и определяется по выражению (1,3), т. е. так же, как и для схемы с o6nu!M эмиттером, уменьшается примерно в р раз но сравнению с 1раничной частотой при включении с общей базой.

Входное сопротивление транзистора при включении с общим коллектором так же надает с ростом частоты, как и при включении с общим эмиттером. Эквивалентная схема входной цепи здесь имеег тот же вид, что и при включении с обн1им эмиттером, но значения Гэд и Сэл при комплсксно.м сопротинлепип нагрузки цепи эмиттера переменному току Rj определяются здесь следующими выражениями:

/? w.f, ! /Л^. ОЛЬ ,

-ПГ=--77(7лГ.7 -

Выходное сонротвленне транзнсюра прн л,юбом способе пклю чепия падает с повышением час-клы (рис 1.14) По вертикальной оси рис. 1.14 отложено отнонкчте Z па частоте / к Z . о па ojenb низких частотах. Таком}- ianony изменения выходною со противления еоо1ве1ствует экг,и|!ал(41тиая схема выходной цепи, и юбражеппая ni [)ис. 1,15 Здесь Л/, - ток си1нала эквивалент ною генсраюра тока, R , - активная составляющая выходною солротивлепи.!, С - выходная емкопь, определяющая емкосг-HVK) состав 1нющую выходною сопротивления

При включении с общей базой А = а= -- ; Свыхоб равна статической емкости коллектор-база Ск, обычно указываемой в справочнике. /?выхоб определяется в рабочей точке по статической выходной характеристике для включения с общей базой.

Рис 1 14 Зависимость выходного сопротивления транзистора от частоты при любом способе включения

Рис 1.15 Эквивалентная схема выходной цепи транзистора, приведенная к виду эквивалентной схемы выходной цепи электронной лампы

а

При включении с общим эмиттером Л = р=--значение эквивалентной выходной емкости приближенно можно найти из выражения

(1.7)

0 б Т эд /

где Гэд~/?вхоэ и определяется в рабочей точке.

Пример 1.6. Рассчитаем Свы\ оз для транзистора примера 1 5, включенного с общим эмиттером и имеющего Ск = 50 пф, ао = 0,98, /-6 =150 ом, Яви О9 =600 ож;

0,98 150

1-0,98 150 + 600 j

= 540 пф.

Из расчета видно, что значение Сцыхоэ много меньше, чем Сэд , поэтому при расчете частотной характеристики каскадов в области верхних частот с транзисторами, включенными с общим эмиттером, емкостью Свыхоэ можно пренебречь. /?выхоэ при этом определяют в рабочей точке по статической выходной характеристике для включения с общим эмиттером.

При включении с общим коллектором А = \ =-j--= \ + \

/?ист(1 ~%) ,

(1.8)

входное сопротивление транзистора, найденное по его, входной характеристике в рабочей точке для включения с общей базой; /?ист - сопротивление источника сигнала переменному току.

1.4. Динамические характеристики транзисторного

каскада

При расчете транзисторных каскадов, кроме статических характеристик транзистора, находят применение три типа динамических характеристик: выходные, входные и сквозные динамические характеристики.

Динамическую характеристику, построенную для сопротивления, равного сопротивлению нагрузки каскада переменному току /?/, называют динамической характеристикой переменного тока. Динамическую характеристику, построенную для сопротивления, равного сопротивлению в выходной цепи транзистора для постоянного тока /?, называют динамической характеристикой постоянного тока.

При расчете транзисторных каскадов в основном пользуются динамическими характеристиками переменного тока.

Выходная динамическая характеристика

Выходную динамическую характеристику строят на семействе выходных статических характеристик транзистора. Так как она представляет собой прямую линию, ее нередко называют нагрузочной прямой. У каскада, работающего в режиме А'), выходная динамическая характеристика переменного тока проходит через точку покоя О (рис. 1.16а). Поэтому для построения указанной динамической характеристики достаточно найти точку ее пересечения М с горизонтальной осью. Для нахождения точки М на горизонтальной оси откладываем вправо от напряжения покоя t/кэо отрезок, равный IkoRk- . Проведенная через точки М н О прямая является нагрузочной прямой переменного тока.

Нагрузочную прямую переменного тока используют для определения отдаваемой каскадом мощности, амплитуды переменной составляющей выходного тока и напряжения и для построения входной и сквозной динамических характеристик.

Пример 1.7. На рис 1 16а построена нагрузочная прямая переменного тока для каскада с маломощным транзистором предварительного усиления, включенным с общим эмиттером и имеющим- сопротивление нагрузки цепи коллектора переменному току >?кг = 1230 ом, ток покоя цепи коллектора / о =9,25 ма, напряжение Покоя между коллектором и эмиттером i/кэо =10 в, максимальное значение тока базы (бмакс = 1.1 ма, минимальное значение тока базы 6 мт1 = 0.1ма.

Для нахождения точки М на горизонтальной оси вправо от точки Окэо =10 в отложено напряжение, равное

/ко/?к~ =9,25 10-3 1230=11,38 в.

) У каскада, работающего в режиме В, динамическая выходная характеристика проходит не через точку покоя, а через точку с напряжением, соответ ствующим напряжению покоя на выходном электроде, лежащую на горизонтальной оси

2 Зак 2039. 17

1Л

>1

\2lmft 4о

Mi/ft

Р

l,fAta-

0,7ма

-0,5iJa-

0,3ма

10 W

Д1МСГ

\0 Jl Ь 03 а^а^

-Щэиаж-Н

Рис 116 Характеристики маломощною транзистора, включенною с общим эмиттером.

а) семейство выходных характеристик и на1р>зочная прямая для ViM оя,

б) входная характеристика лля 6кэ = 5 в

прямая, проведенная через точки О и М, представляет собой нагрузочную прямую для =1230 ол. Крайние точки ее (точки Я и Я) соответствуют точ-

кам пересечения этой прямой со статическими характеристиками для токов базы 6 макс =!,1 ма и <б мин =0,1 ма.

Для рис. 1.16а амплитуда переменной составляющей напряжения коллектор - эмнттер [/кэщ и амплитуда переменной составляющей тока коллектора Im составят:

и 2.<э. 19-1,8 2/ 16-2

а отдаваемая каскадом мощность сигнала равна

2U 17,2 . 14 10-3 Q3j

Для определения Я-~ можно также использовать выражение

Р~ - 0,125 (7кмакс кмки) Rk ~

Входная динамическая характеристика

Входную динамическую характеристику переменного тока строят на семействе входных статических характеристик транзистора, Построение выполняют путем переноса точек пересечения нагрузочной прямой со статическими выходными характеристиками транзистора на семейство входных статических характеристик. По входной динамической характеристике каскада находят амплитуду переменной составляющей тока и напряжения входного сигнала и необходимую входную мощность сигнала, а также строят сквозную динамическую характеристику. Однако, так как в справочных данных транзистора обычно дакэтся статические входные характеристики только для напряжения на коллекторе О и 5 в, то вместо входной динамической характеристики используют входную статическую характеристику для напряжения на коллекторе 5 в, перенеся на нее точки пересечения нагрузочной прямой со статическими выходными характеристиками транзистора.

Пример 1.8. Для каскада нагрузочная прямая которого изображена на рис 1.16а, на входную статическую характеристику транзистора для напряжения Uk9 =5 в (рнс. 1.166) переносим с рис. 1,16а точки 1,2,3,4,5, 6, соответствующие току базы 16 =0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9 и 1,1 ма (точки /, 2, 3, 4, 5,6). Опустив перпендикуляры из крайних точек / и 6 на горизонтальную ось, найдем Ибэ мнн =0,18 в, U бэ макс =0,307 в, соответствующие (бмнн=0,1жа и 1бмакс = = 1,1 ма Отсюда удвоенная амплитуда входного тока сигнала и удвоенная амплитуда входного напряжения сигнала составят:

2 hm ~ 6 макс - бмин = 1,1 - 0,1 = 1 Ма,

2 бэ = м,эмакс - Мбэмий =0,307-0,18 = 0,127 в. . 19

Необходимая входная мощность сигнала Рвх- и входное сопротивление транзистора переменному току за период сигнала /?вх оэ определяются выражениями:

2 /б 2 Uf,

Рв\~ - о - 0,125 (6 макс б мни) бэмакс мни) -

1 10-3 . 0,127

= 15,88 10-6 вт,

2U 0,127

Сквозная динамическая характеристика

Сквозную динамическую характеристику переменного тока, представляющую собой зависимость выходного тока от эдс источника сигнала, используют для расчета коэффициента гармоник транзисторного каскада. Для ее построения вычисляют для точек пересечения нагрузочной прямой со статическими выходными характеристиками значения эдс источника сигнала и„ст входной цепи по выражению

нет = Ивх + /вх /? ст , (1-9)

где /?ист - внутреннее сопротивление источника сигнала пе-

ременному току, равное выходному сопротивлению предыдущего каскада для переменного тока; вх н г'вх-входное напряжение и входной ток для взятых точек пересечения.

Значения вх определяют по семейству статических выходных характеристик, значения Ubx находят по входной динамической или статической характеристике. Вычислив значения и„ и выписав значения выходного тока г'вых Для взятых точек пересечения, строят зависимость г'выч от ист. представляющую собой сквозную динамическую характеристику каскада.

Пример 1.9. Построим сквозную динамическую характеристику транзисторного каскада с общим эмиттером. Предположим, что сопротивление источника сигнала R ct , представляющего собой выходное сопротивление предыдущего каскада, равно 1 ком Для построения возьмем иа нагрузочной прямой рис ! IGa любую точку пересечения, например точку 4, для нее.

/вых = /к = 10,8 ма, = б 0,7 ма .

Далее по входной динамической характеристике рис 1 166 найдем, что ,ni этой точки (точка 4) входное напряжение равно ех = бэ = 0,278 в

Отсюда для точки 4 сквозной динамической характеристики (рис 117) со ответствующеи выходному току (к =10,8 жа, эдс источника сигнала ист ДОТ/-иа быть равна

ист == Мвх + /вх Якг =0,278 + 0,7 10-3 . 1000 = 0,978 в

Рассчитав таким же образом значения и ист для других точек пересечения (точки 16), сведем результаты расчета в табл 1 1 Нанеся полученные значения Uhct и ik в координатах ист, к и соединив нанесенные точки, получим сквозную динамическую характеристику каскада, изображенную на рис 1 17

Рис. 1 17 Сквозная динамическая характеристика каскада для примера 1 9

ТАБЛИЦА II

Для расчета коэффициента гармоник транзисторного каскада Кг применяют метод пяти ординат, для чего две крайние точки сквозной динамической характеристики, соответствующие минимальному и максимальному значениям выходного тока / им и макс . проектируют на горизонтальную ось (отрезок ад рис. 1.18)

Разделив этот отрезок на четыре равные части, находят токи /, 0, соответствующие точкам б, в, г. Найденная величина тока /о' является уточненным значением тока покоя каскада.

9 JlKl

Рис 1 18 Определение гармонических составляющих выходного тока методом пяти ординат по сквозной динамической харак теристике

После этого вычисляют первую, вторую, третью, четвертую гармоники выходного тока и его среднее значение по формулам:

/\т -f2m-

(гт--

I-/ср

/макс /чнч Ь Л-/г

/макс ~Ь I мни 2/о

/макс -/мин--2(/ -/2) 6

/мжс +/мим-4(/,+/2) +6/и

/макс +/м1-1+2 (/] +/2) 6

(1.10)

Прарильность вычисления найденных токов можно проверить по выражению

/т + /2т + /зт + /4т +/ср==/макс

Коэффициент гармоник однотактпого каскада, работающего в режиме А, а также двухтактного каскада, работающего в режиме В, определяется по формуле

4т

(1.11)

Коэффициент гармоник двухтактного каскада, работающего в режиме А, находят по выражению

/ Im

где Ь - коэффициент асимметрии двухтактного каскада, значение которого указано на стр. 79.

Пример МО. Рассчитаем для сквозной динамической .характеристики рис 1 17 коэффициент гармоник каскада.

Из рисунка находим токи коллектора: / ин =2 ма, /2=5,16 ма, /(,=9,07 ма, /i = 12,8 ма, /макс =16 ма, тогда

; /макс-/ми,. +/-/2 16-2+12,8-5,16 7<,1Ч..

У 1 = -3- ==--- = {,216 ма.

/макс + /мин - 2/о 16 + 2-2 9.07 35

/макс-/мии-2(/-/2) 16-2-202,8-5,16) 0 213.ш.

I - акс + /мнн -4(/, + /2)+6/о 4т- -

16 + 2-4(12,8 + 5,16) +6 9,07

= 0,048 ма,

/макс + /мин +2 (/. + /2) 16 + 2 + 2(12,8 + 5,16)

ср= -g-= -g-= ,У 7 л

Проверим правильность расчета по формуле

/ im + /i + /зт + /4т + /ср = 7,213 - 0,035 - 0,213 + 0,048 + 8,987 =

= 16 Ла = / а^е

. V/2ш + /зm + /4m У (-0,035)+(-0,213) + 0,048 . - т;;; - -0,0307,

л', =3,07%.

1.5. Питание цепей транзисторов

Питание всех цепей транзисторного усилителя обычно производят от одного общего источника постоянного тока, к которому параллельно подключают питаемые цепи. Для устранения паразитных междукаскадных связей через источник питания, как и в ламповых усилителях, применяют развязывающие фильтры /?фСф

Для установления необходимого режима работы на базу транзистора относительно эмиттера подают небольшое отрицательное смещение (0,05-f-3 в) в зависимости от типа транзистора и режима его работы; смещение получают от общего источника питания, используя делитель напряжения или гасящее сопротивление. Про стейшим способом подачи смещения в транзисторном каскаде яп-