Усилительный каскад (УК) на БПТ

На практике чаще всего применяют УК на БПТ с общим эмиттером (ОЭ), имеющий наибольшее усиление и единый источник питания как для базовой (управляющей), так и коллекторной (выходной-нагрузочной) цепей (рис. 6). При этом делитель базового смещения на резисторах R1 и R2 совместно с эмиттерным резистором R4 и коллекторным резистором R3 обеспечивает выбор рабочей точки транзистора и её термостабилизацию в процессе работы УК.

Рис. 6. Усилительный каскад на БПТ в схеме с ОЭ

Работу и расчет типовой схемы УК на БПТ в учебной лит-ре осуществляют обычно с помощью статических и динамических вольтамперных характеристик (ВАХ) (рис. 7).

В основном используются входные I_б = f (U_бэ) и семейство выходных , (реже - проходные статические и динамические ВАХ, приводимые в справочниках.

В качестве входной динамической ВАХ обычно используется статическая при , например, при , что объясняется слабой зависимостью этих ВАХ от (рис. 7-а).

В качестве выходной динамической ВАХ в режиме малого переменного сигнала применяются нагрузочные прямые по постоянному току (рис. 7-б).

Рис. 7. Входная ДХ (а), выходные статические характеристики и «НП» (б)

В соответствии с рис. 7 процесс усиления можно представить следующей взаимосвязью электрических величин:

Видно, что входной сигнал с амплитудой синфазно изменяет величину I_k, что влечёт пропорциональное изменение I_kR_k и противофазное изменение коллекторного напряжения , причём амплитуда (с учётом масштаба по оси абсцисс) значительно больше амплитуды напряжения на базе и имеет место усиление входного сигнала.

Рабочий режим и элементы схемы

В УК линейный режим (без искажений сигнала) задают выбором РТ на середине нагрузочной прямой (НП) так, что равным отклонениям тока базы соответствовали равные отрезки НП.

При этом входной сигнал с амплитудами тока и напряжения вызывает изменения выходного сигнала с амплитудами тока и напряжения .

Рабочая точка (РТ) соответствует режиму:

Выходная цепь

постоянные составляющие тока и напряжения I_ко = 3 мА; U_ко = 3B;

переменные составляющие I_кмакс =4,8мА; I_кмин =1,2мА; I_кm =4,8мА; U_кмакс =4,5 В; U_кмин =1,5 В; U_кm = =1,5 В;

Входная цепь

постоянные составляющие тока и напряжения I_бо = 80 мкА; U_бо = 0,45B

переменные составляющие I_бмакс =120мкА; I_бмин =40мкА; I_бm =40мкА; U_бмакс =0,5 В; U_бмин =0,4 В; U_бm = =0,05 В;

Следует подчеркнуть, что верхнее пересечение НП координаты I_к = 6 мА соответствует значению , и оно учитывает общее сопротивление эмиттерной и коллекторной цепей:

.

Термостабилизация

В БПТ наблюдается значительный тепловой уход рабочей точки в процессе работы каскада. Поэтому термостабилизация РТ имеет существенное значение. Она создаётся протеканием тока отрицательной обратной связи (ООС) через эмиттерный резистор R4, который создаёт на базе напряжение ООС, компенсирующее тепловой уход РТ при повышении температуры p-n перехода БПТ. Действие термостабилизации можно представить в следующей функциональной взаимосвязи электрических величин:

Величина обычно выбирается из соотношения:

где – минимальная амплитуда коллекторного напряжения;
– постоянный ток коллектора в выбранной РТ.

Для определения резисторов R1 и R2 базового смещения обычно задаётся величина коэффициента стабилизации , после чего рассчитываются основные величины элементов схемы, а также напряжений и токов в основных её точках; в соответствии с нижеприведенными соотношениями:

где – коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ (даётся в справочниках – обычно берут среднее значение);
– постоянное напряжение между базой и корпусом;
– постоянное напряжение между базой и эмиттером;
– ток эмиттера;
– ЭДС источника коллекторного напряжения.

Выбор конденсатора С2, шунтирующего эмиттерный резистор, определяют из соотношения:

1/ ω_мин∙ С ≤ (0,1-0,2) R_к

Ток делителя и напряжение на базе определяют как:

На следующей лекции будет рассмотрен материал для домашнего задания - Расчет маломощного УК на БПТ.

Литература

Тихонов А. И. Информационно-измерительные и электронные приборы и устройства: учеб. пособие к выполнению лабораторных работ и индивиду-альных заданий / А. И Тихонов, С. В. Бирюков, А. В. Бубнов. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010 – 256 с.

Дата добавления: 2015-07-07