Расчет усилителя по переменному току состоит в определении усилительных характеристик и параметров схемы усилителя. На первом этапе по известным математическим моделям транзисторов составляется математическая модель всей схемы (так называемая электрическая эквивалентная схема). На втором этапе рассматривают по этой модели искомые характеристики и параметры известными методами расчета электрических цепей.
По отношению к сигналам малой амплитуды (это вполне естественно, т. к. усилители собственно и предназначены для усиления слабых сигналов) транзистор можно рассматривать как линейное устройство. Это существенно упрощает расчет, т.к. возможно применение хорошо развитых методов расчета линейных электрических цепей.
В частности, в этом случае транзистор можно представить в виде линейного четырехполюсника, т.е. в виде стандартной гибридной h -схемы. В табл. 2 даны три схемы включения транзистора и соответствующие им эквивалентные электрические схемы в h -параметрах транзистора включенного по схеме с общим эмиттером. Схемы представлены только для переменного сигнала, а все источники постоянного напряжения заменены короткозамкнутыми цепями. В данных эквивалентных электрических схемах не учтены емкости p-n переходов и емкость нагрузки.
|
|
Во всех схемах даны h -параметры для схемы с общим эмиттером, поскольку в справочниках приведены вольт-амперные характеристики транзистора именно для схемы с общим эмиттером.
В упрощенных эквивалентных электрических схемах пренебрегаем генератором напряжения h12эU2, т.к. параметр h12э мал (~10-3 10-4), а также пренебрегаем выходным сопротивлением транзистора 1/h22э, которое включено параллельно генератору тока (h22э~10-4-10-5). В некоторых случаях, например при больших номиналах сопротивлений нагрузки и коллекторных резисторов, выходное сопротивление транзистора необходимо учитывать.
В целом эквивалентная электрическая схема, представленная на рис. 9 (аналог схемы включения транзистора с общим эмиттером в табл. 2), является универсальной для всех схем включения транзистора. Но в этом случае все h -параметры транзистора должны соответствовать данной схеме включения транзистора, т. е. для схемы с общей базой это должны быть: h11б, h12б, h21б, h22б, а для схемы с общим коллектором - h11к, h12к, h21к, h22к соответственно.
Переход от h -параметров схемы с общим эмиттером к h -параметрам схемы с общей базой или общим коллектором можно осуществить по формулам табл. 3.
Если в справочнике не приведены h -параметры транзистора, а даны только вольтамперные характеристики транзистора для схемы с общим эмиттером, то h -параметры определяются графическим путем с помощью заданных вольтамперных характеристик.
|
|
Например, входное сопротивление транзистора h11э может быть определено по входной характеристике Iб = f(UБЭ) при Uкэ = const (рис. 10). Пусть задан ток базы IбА, определяющий статический режим работы транзистора. На входной характеристике находим рабочую точку "А", соответствующую этому току. Выбираем вблизи рабочей точки "А" две вспомогательные точки приблизительно на одинаковом расстоянии и определяем приращение тока базы I б и напряжения Uбэ, по которым находим дифференциальное входное сопротивление транзистора:
Параметры h21э и h22э определяются из семейства выходных характеристик Iк = f(Uкэ). Параметр h21э находится при заданном напряжении коллектора Uкэ = const, проходящем через рабочую точку "А" (рис. 11).
Приращение тока базы Iб следует брать вблизи заданного значения тока базы IбА как Iб =Iб2 - Iб1. Этому приращению Iб соответствует приращение коллекторного тока Iк =Iк2 - Iк1. Тогда параметр h21э находится как:
Параметр h22э определяется по наклону выходной характеристики. Из семейства выходных характеристик выбирается та характеристика, на которой находится рабочая точка "А". На этой характеристике (т.е. при IбА=const) вблизи точки "А" выбираются две вспомогательные точки приблизительно на одинаковом расстоянии и определяется приращение коллекторного напряжения Uкэ, вызывающее приращение коллекторного тока Iк (рис. 12). Тогда параметр h22э будет равен:
Графическое определение параметра h12э затруднено, поскольку семейство входных характеристик при различных Uкэ>0 практически сливается в одну (рис. 10). Параметр h12э равен:
Учитывая, что значение параметра h12э весьма мало (~10-3-10-4) и им, как правило, всегда пренебрегают, определять его графическим способом нет необходимости.