Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 [33] 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169

Подставляя эти значения в выражение для коэффициента использования коллекторного тока, получаем

Y = IniKxII кср = ai/ao = я/2.

Следовательно, КПД усилителя в режиме В

ri=(n/4)g. 1:5.421

При предельном значении коэффициента использования коллекторного напряжения (1=1) КПД усилителя в режиме В rimax= = 78,5%.

Характерной чертой режима В является высокая экономичность, характеризуемая малой потребляемой мощностью. Любой усилитель должен передавать без" искажений сигнал с возможной максимальной амплитудой. Однако большую часть времени амплитуда сигнала в несколько раз меньше максимальной. Так как в режиме В потребляемая мощность пропорциональна амплитуде передаваемого сигнала, а в режиме А-максимальной амплитуде, режим В во много раз экономичнее режима А. Это имеет особо важное значение при питании усилителя от батарей гальванических элементов или аккумуляторов.

Вернемся к вопросу выбора рабочей точки усилителя. Предположим, что выбрана исходная рабочая точка, например точка М на рис. 5.26. Для того чтобы состояние транзистора в отсутствие сигнала соответствовало точке М, нужно обеспечить протекание через эмиттер определенного тока /д. В схеме с ОБ (см. рис. 5.21) это достигается выбором сопротивления в цепн эмиттера

/?.= (Яэ-(7в) э. (5.43)

Ток /к«/э, соответствующий точке М (см. рис. 5.26), определяется по выходной характеристике. Зная /э, находим напряжение эмиттера Ug по входной характеристике.

Для германиевого транзистора обычно (7э = 0,2 В н можно считать, что RsEa/h. (5.44)

При этом входной характеристикой можно не пользоваться.

Для кремниевого транзистора также можно не пользоваться входной характеристикой, а в формулу (5.43) подставить значение UgfuOJ В. При этом погрещность в определении Rb невелика.

Выбор рабочей точки на середине отрезка линии, проведенной через максимально допустимые или близкие к ним значения коллекторных тока и напряжения, целесообразен только для усилителей мощности с включением нагрузки через трансформатор.

Покажем это на примере варьирования выбором положения рабочей точки (рис. 5.29) маломощного транзистора, у которого Рктак=50 мВт, /ктах=20мА и (7ктах=10 в. Рабочую точку для такого транзистора можно выбрать на середине линии, проходящей через f/ктах и /ктах. Например, если взять коллекторное сопротивление /?к = (7ктах ктах=0,5 кОм, то в рабочей точке при напряжении источника питания У„=10 В {/к кач=(Л тах/2 = 5 В и /д„ач=«

=/ктах/2 = 10 мА. Эта точка обозначена Ми

Казалось бы, такой транзисторный усилитель обеспечивает максимально большие для данного транзистора амплитуды выходных тока и напряжения, Однако если подключить к такому усилителю внешнее сопротивление нагрузки, роль которого, например, может выполнять входное сопротивление следующего каскада, то нетрудно заметить, что выбранная рабочая точка является неудачной. Предположим, что внешняя нагрузка подключена через разделительный



«

- j

6 в


и в

Рис. 5,29. Различные положения рабочей точки на координатной сетке для выходных характеристик

конденсатор с достаточно большой емкостью и имеет такое же значение, как и сопротивление Rn, т. е. R„=i?K=0,5 кОм. Очевидно, что при таком соотношении между Rk » Rh bo внешнюю нагрузку ответвляется только половина переменной составляющей тока коллектора.

Сразу следует отметить, что при подключении внешней нагрузки линия нагрузки для переменного тока отличается от линии нагрузки для постоянного тока. Она проходит через ту же точку Mi, но идет круче. Так как полезным переменным током является только ток во внешней нагрузке R, то желательно постоянное сопротивление в цепи коллектора Rk увеличить в несколько раз по сравнению Rh- Например, при R =0,5 кОм сопротивление Rk можно взять равным 2,5 кОм. Для нового сопротивления Rk можно выбрать рабочую точку М2 и провести через нее нагрузочную линию для переменного тока, соответствующую сопротивлению RiRn\\R.

Рабочая точка Мг предпочтительнее Мь так как в этом случае бесполезное ответвление коллекторного переменного тока в сопротивление Rx меньше. Однако максимально допустимая амплитуда переменной составляющей тока при этом уменьшается.

Для увеличения максимально допустимой амплитуды переменной составляющей коллекторного тока можно при том же сопротивлении i?K = 2,5 кОм сдвинуть рабочую точку влево (точка М3 на рис. 5,29, а). Если при этом амплитуда все же окажется недостаточной, можно взять несколько меньшее сопротивление Rk, например 1,25 кОм, и выбрать в качестве исходной рабочую точку М4,

Если величины Rk vi R выбраны, то соответствующие им координаты рабочей точки М (рис. 5.29,6), обеспечивающие наибольшую амплитуду тока на выходе, а следовательно, и наибольшую амплитуду напряжения на нагрузке, можно для схемы с ОЭ определить из следующих уравнений:

U = Un-Ii<(Rn + R,); Uk=1kRI

где Rs - сопротивление, иногда включаемое в эмиттерную цепь, причем это сопротивление шунтируется достаточно большой емкостью; R=R ~ -Rk\\R-

напряжение питания.

Эти уравнения иллюстрируются рис. 5.29, б, на котором нагрузочная линия для переменного тока проведена через точку М с координатами Uk; lie и



точку (0; 2/к) в предположении, что максимальная амплитда переменного тока равна исходному току.

Решая эти уравнения, получаем следующие координаты рабочей точки:

U = Un/[l+iRn+R,)/R]} (5.45)

lt! = Unl{Rn + Rs+R\. (5.46)"

Пример. Пусть f;„ = 10 В; /=0,8 кОм; R,=0,5 кОм; =0,5 кОм; R -=R\\R =0,3 кОм.

Подставляя эти значения в (5.45) и (5.46), получаем; Укл*1,9 В; /к = = 6,3 мА. Эти координаты примерно соответствуют точке Mt на рис. 5.29, а.

На рис. 5.29 приведены только координатные оси выходных характеристик, а не сами характеристики. По реальным характеристикам для выбранной рабочей точки с координатами Uk, Ik можно найти соответствующий этой точке ток базы.

Чтобы обеспечить протекание в транзисторе тока базы, соответствующего выбранной рабочей точке, в цепь базы (см. рис. 5.22) следует включить сопротивление

R6=(Un-UE)/h. (5.47)

Обычно в справочниках приводятся усредненные характеристики, значительно отличающиеся от реальных, не обеспечивающие правильности выбора рабочей точки для конкретного транзистора. Пожалуй, главное значение характеристик заключается в их наглядности.

Ток базы можно определить, не пользуясь характеристиками. Из соотношения (5.35)

/к»А21э/в (5.48)

при условии, что можно пренебречь током /кэо по сравнению с исходным значением тока коллектора In. Поэтому

R6<h2iB(Un-UE)llK. (5.49)

Данное выражение позволяет определить Re, не обращаясь к входным и выходным характеристикам, если известен А21Э-коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ в режиме больших сигналов.

Пример. Пусть Un=W В; г/в=0,6 В; /к=1 мА; /12,3= 100.

По формуле (5.49) находим /?б»940 кОм.

Такой подход в определении Re не учитывает возможного разброса значений коэффициента А21Э прямой передачи тока в режиме больших амплитуд и значительного ухода рабочей точки при изменении А21Э вследствие нагрева транзистора. Но и с помощью усредненных характеристик транзистора нельзя достичь более точного результата. Лишь стабилизация рабочей точки, рассматриваемая в следующем параграфе, позволяет более точно задавать рабочую точку и стабилизировать ее положение.

5,8. СТАБИЛИЗАЦИЯ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ

Пусть /9 и /б - токи эмиттера и базы в рабочей точке, а /к - исходный ток коллектора. Тогда в соответствии с (5.31)

1к = 1кво + Н2\в1э (5.50)

и в соответствии с (5.32) для схемы с ОЭ

Гк = 1кво+2уэ1в. (5.51)

Ток коллектора /к, определяющий рабочую точку, может при изменении температуры изменяться по следующим причинам; вслед-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 [33] 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169



0.0064