Файл: Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие].pdf

Если амплитуда сигнала на входе транзисторного усилителя до­ статочно мала, то его основные показатели целесообразно опреде­ лять аналитически, т. е. по формулам. При их выводе предпола­ гают, что рабочие участки динамических характеристик усилителя (транзистора) линейны. Для выполнения данного условия на прак­ тике требуется правильно выбрать исходный режим каскада.

Основные формулы можно вывести, используя теорию четырех­ полюсников. Для этого уоилительный каскад (независимо от его конкретной схемы) можно изобразить, как показано на рис. 2.34.

Рис. 2.34. Схема усилителя в виде четырех­ полюсника

На этом рисунке стрелками показаны условные положительные направления переменных токов и напряжений. Заметим, что поло­ жительному направлению тока i\ соответствует положительная по­ лярность напряжения и\. Но положительному направлению тока i2 соответствует отрицательная полярность напряжения и2. Под со­ противлением Rn понимается результирующая нагрузка для пере­ менного выходного тока транзистора.

Системы параметров четырехполюсника могут быть различные. На низких (звуковых) частотах часто отдают предпочтение системе /i-параметров. Одно из достоинств ft-параметров состоит в том, что именно они указываются в справочниках для низкочастотных тран­ зисторов. Систему /г-параметров называют гибридной, т. е. смешан­ ной. В этой системе за независимые переменные четырехполюсника принимают входной ток i\ и выходное напряжение и2. Тогда функ­ циями от них являются входное напряжение щ и выходной ток i2. Математически это записывается так:

(2.74)

Дифференцируя данные, функции (пока неизвестные нам), по­ лучим уравнения для их полных приращений:

йи

(2.75)

dz2

"251

Если на вход усилителя подается испытательный сигнал, то мгновенные значения всех токов и напряжений изменяются по си­ нусоидальному закону. В этом случае можно считать, что

т. е. за изменения синусоидально меняющихся величин допустимо принять их действующие значения.

Частные производные полученной системы двух уравнений обо­ значим так:

Тогда исходные уравнения получают следующий вид:

Из первого уравнения системы видно, что параметр

Следовательно параметр hn есть входное сопротивление тран­ зистора (или усилителя) при коротком замыкании его выхода.

Параметр

Очевидно, что это безразмерная величина. Параметр h\2 назы­ вают коэффициентом обратной связи по напряжению при разомк­ нутом входе. Чем лучше транзистор, тем меньше /г! 2 .

Из второго уравнения системы следует, что параметр

коэффициентом усиления транзистора по переменному току при

может быть отнесен и к усилителю, но работающему в статическом

Реальные величины /г-параметров транзистора можно измерить экспериментально или определить по его статическим характери-

252

стикам. Понятно, что они различны для различных схем включе­ ния транзистора. Они также зависят от режима работы каскада.

Для большего приближения четырехполюсника к'принципиаль­ ным схемам усилителей запишем уравнения системы (2.76) в сле­ дующем виде:

ного тока соответствует отрицательный полупериод выходного на­ пряжения, и наоборот.

Решая совместно обе системы уравнений, можно получить не­ обходимые расчетные формулы для основных показателей усили­

2)Коэффициент усиления по току

3)Коэффициент усиления по напряжению

жение £ц и сопротивление Re обеспечивают работу каскада в типовом режиме. Необходимо определить основные показатели (параметры) усилителя при на­ личии малого входного сигнала.

Ре ш е и и е.

1.Определение параметров транзистора. Они узнаются из справочника. Их величины соответствуют типовому режиму усилителя. Для транзистора П14 с

общим эмиттером они таковы:

Л 1 1 э = 775 ом; hii3 = 3-Ю-1, Л 2 ] э = 24; Л г 2 э = 20 мкмо*

253

2. Определение вспомогательного параметра:

3. Определение сопротивления нагрузки транзистора для переменного тока коллектора (применительно к рис. 2.30):

Рис. 2.35. Зависимость коэффициентов уси­ ления резисторного усилителя на транзи­ сторе от сопротивления нагрузки

5. Расчет коэффициента усиления по току:

6. Расчет коэффициента усиления по напряжению:

* н . _ 9 П . J ° l

15

7. Расчет коэффициента усиления по мощности:

Кр = Ki • Ки = 20 • 280 = 5600.

Анализ уравнений (2.85), (2.86), (2.87) показывает, что коэф­ фициенты усиления резисторного усилителя зависят от сопротив­ ления нагрузки так, как это изображено на рис. 2.35.

Из приведенных кривых видно, что для получения максималь­ ного усиления мощности сигнала необходимо выбрать вполне опре­ деленное сопротивление нагрузки транзистора. Его величина назы­ вается оптимальной.

Можно показать, что при малых входных сигналах

Пример. Определить оптимальное сопротивление нагрузки резисторного ка­ скада с общим эмиттером, на транзисторе П14.

-254

Р е ш е н и е .

На практике в резисторных каскадах часто /?И <С Ни. опт и тогда расчет их основных параметров допустимо производить по следую­

сколько завышены. Однако порядок величин сохраняется правиль­ ным с достаточной точностью. Заметные расхождения точных и приближенных величин параметров в приведенном примере объяс­ няются тем, что в данном случае сопротивление Rn только в 7 раз меньше оптимального. Читателю предлагается самому сравнить результаты расчетов параметров усилителя по приведенным фор­ мулам при сопротивлении RB = 2 ком.

да на лампе частотные характеристики по внешнему виду анало­ гичны. Они отличаются только количественными соотношениями в области верхних частот.

В ламповом каскаде уменьшение сопротивления R& сопровож­

255

это тем, что основной нагрузкой транзистора по переменному току является входное сопротивление следующего каскада. Обычно оно заметно меньше сопротивления R K . В этих условиях резистор R K определяет только исходный режим каскада.

Паразитная емкость схемы транзисторного каскада, подключен­ ная параллельно небольшому сопротивлению нагрузки транзисто­ ра, не проявляет своего наличия вплоть до очень высоких частот. Поэтому при расчете резисторного каскада УНЧ на транзисторе ее можно не учитывать. Несмотря на это, усиление каскада с повы­

каскада зависят от переходной цепи. При этом следует иметь в виду, что она состоит из конденсатора Сп и входного сопротивле­ ния следующего каскада.

С понижением частоты усиливаемых колебаний сопротивление конденсатора * Са возрастает и напряжение на выходе каскада уменьшается. На нижней граничной частоте (и .г реактивное сопро­ тивление конденсатора С„ оказывается равным входному сопро­ тивлению следующего каскада. Следовательно, получается равен­ ство

2* - / „ . г - С„ —

Откуда

иметь емкость С п порядка десятков микрофарад. Поэтому на прак­

так как изменение температуры окружающей среды может приве­ сти к значительному изменению исходного режима транзистора.

256