2020-01-15
107
Обычно усилительные каскады строятся по схеме, приведенной на рис. 13.а. К зажимам источника питания постоянного тока Е к подключаются последовательно резистор R и активный элемент АЭ, имеющий три внешних электрода. На электрод 1 подается электрический сигнал от источника Е С. Этот сигнал управляет током, протекающим по активному элементу, а в результате изменяется напряжение на выходном электроде 2. Третий электрод является общим для
21
входной и выходной цепей. Таким образом, входное управляющее напряжение подключается к точкам 1,3 АЭ, выходное управляемое напряжение снимается с точек 2,3.
В качестве активного элемента используются биполярные или полевые транзисторы. Наиболее часто используется схема включения общий эмиттер (ОЭ), т.к. она обладает наибольшим коэффициентом усиления по мощности.
 |
Анализ работы усилительного каскада проведем графическим способом, воспользовавшись семейством коллекторных (выходных) вольт - амперных характеристик.
Схему рисунка 13. а) можно рассматривать как делитель напряжения источника E К. Делитель состоит из сопротивления R и управляемого по величине внутреннего сопротивления активного элемента
U ВЫХ = E К – I · R. (8.1)
Это уравнение является уравнением прямой, пересекающей координатные оси в точках I К = E К/ R и U ВЫХ = E К. Эта прямая называется нагрузочной прямой рисунок 13.б) или линией нагрузки транзистора по постоянному
току.
Ток в делителе и падение напряжения на его элементах при заданном токе базы, например I 0Б, определяется точкой пересечения ВАХ активного элемента - транзистора - с нагрузочной прямой. Эта точка называется рабочей точкой (РТ). Спроецируем ее на оси тока и напряжения. Получим значение тока, протекающего по делителю, и напряжения U ВЫХ = U КЭ и I К· R. Эти значения определяют исходный (начальный) режим (режим покоя). Их принято обозначать символами I 0Б, I 0К, U 0КЭ, U 0БЭ.
При изменении управляющего тока базы рабочая точка перемещается по нагрузочной прямой, при этом изменяются ток и напряжение. Изменение тока
22
базы от I Б = 0 до I Бнас соответствует линейному режиму работы усилительного элемента.
Изменение окружающей температуры влияет на коллекторный ток. Например, при увеличении температуры от 20°С до 70°С, характеристики перемещаются вверх, а соответственно перемещается рабочая точка.
Усилительный элемент, включенный в схему делителя напряжения вместе со всеми элементами, обеспечивающими его режим, составляют усилительный каскад.
Для каскада ОЭ без внешней нагрузки коэффициент усиления определяется согласно соотношению
. (8.2)
Для аналитического расчета цепей с транзисторами используют схемы замещения. В основном используются физические и формализованные схемы. В физической схеме параметры связаны с физическими (собственными) параметрами транзистора. На рисунке 14 приведена Т-образная схема для переменных токов и напряжений для схемы включения ОЭ. Она справедлива для линейного режима входных и выходных ВАХ транзистора, на которых параметры транзистора можно считать неизменными.
Здесь гЭ - дифференциальное сопротивление перехода эмиттер-база
гЭ = d U Э/d I Э |При U КЭ = const.
Значение гэ зависит от постоянной составляющей тока эмиттера
гэ = φт/ I Э =0,026/ I Э.
Например, при I Э = 1 мА, гэ = 26 Ом.
гб - объемное сопротивление базы. Обычно гб >> гэ и составляет 100 ÷ 500 Ом.
Сопротивление
г 
= d U КЭ/d I К |При I Б = const.
– дифференциальное сопротивление коллекторного перехода.
Значения г лежат в пределах 5 ÷ 500 кОм.
5. Проведение измерений
Подготовка к работе
5.1.1 Вызвать пакет анализа электронных схем Electronics Workbench (EWB) двойным щелчком по ярлыку 
. Он находится на рабочем столе компьютера и имеет имя «WEWB32».
23
5.1.2 Вызвать сохраненную схему с транзистором из базы EWB.
Дополнить ее до схемы усилительного каскада рисунок 15. Транзистор установить такой, для которого проводилась нагрузочная прямая, R К – вычисленное в пункте 4.
На схеме V 1 – источник напряжения для задания тока базы. Напряжение V 1 установить равным V 1 = R б· I бmin + U БЭ. U БЭ = 500мВ, I бmin = 10 мкА. Сопротивление R б установить равным R К.
V 1 = Е К – источник напряжения для задания напряжения на коллекторе. Напряжение источника Е К установить таким, какое было принято при выполнении пункта 4.
В цепях базы и коллектора включены приборы для измерения токов I Б и I К и напряжений U БЭ и U КЭ.
Установить R Э = 1 Ом.
5.1.3 Заготовить таблицу 9.
5.1.4 Включить режим моделирования
Убедиться, что схема собрана правильно, т.е. на базе имеется напряжение, равное напряжению V 1, напряжение U КЭ примерно равно напряжению Е К, ток коллектора составляет доли мкА (μА) (амперметр М4).
Если что-то не так, то внимательно проверить схему.
 |
5.2 Проведение измерений
5.2.1 Определение характеристик
Увеличивая (или уменьшая) напряжение V 1, установить напряжение на базе приблизительно равным 500 мВ.
Записать полученные значения токов и напряжений в таблицу.
Увеличивая далее напряжение V 1, устанавливать ток базы 10 мкА, 20 мкА
и т.д. согласно таблицы и записывая в нее показания приборов М2, М3, М4.
Ток базы увеличивать до такой величины, пока ток коллектора не достигнет значения I КНАС или напряжение U КЭ не станет менее одного вольта.
24
Увеличить ток базы еще на 40 мкА и убедиться, что ток коллектора более не увеличивается, а напряжение U КЭ не уменьшается.
Табл. 9. Результаты измерений.
| I Б μА (М1) | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | … | |
| U БЭ мВ (М2) | 500 | ||||||||
| U КЭ В (М3) | Е К | ||||||||
| I К мА (М4) | 0 |
5.2.2 Исследование влияния температуры
Установить ток базы равным 60 мкА.
Из таблицы 9 переписать значения токов и напряжений на электродах "холодного" транзистора для этого режима в таблицу 10.
Установить температуру транзистора равную 57˚С (меню Analysis, опция Analysis options, вкладка Global).
Вновь записать полученные значения токов и напряжений "горячего" транзистора в таблицу 10.
Табл. 10. Результаты исследования влияния температуры.
| I Б мкА | U БЭ мВ | I К мА | U КЭ В | |
| t = 27oC | 60 | |||
| t = 57oC | ||||
| ∆t = 30 oC | ∆ I Б = | ∆ U БЭ = | ∆ I К = | ∆ U КЭ = |
Вычислить величину изменений токов и напряжений транзистора под действием температуры и заполнить строку 3 таблицы.
5.2.3 Сохранить схему, она понадобится в следующих работах.
