Усилители. Транзистор, как линейный усилитель. Реальные схемы каскадов усиления. Обратные связи в усилителях, страница 2

1. Замыкаем выход, рис. 6.4а. . Для этого режима все напряжения и токи снабдим ещё одним индексом «1». Пишем систему уравнений для двух токов.  ;  . Из этих уравнений получаем соотношения:  ;  . В результате: .

2. Размыкаем вход, рис. 6.4б. Теперь  и . Пишем достаточно очевидные для этой схемы равенства. .  Отсюда получаем: 

Осталось приравнять элементы матриц, чтобы реализовать эквивалентность. . (6.2) При этом:  Обращая написанные равенства, можно выразить параметры эквивалентной схемы через параметры транзистора.  .

Иногда в этой схеме замещения генератор напряжения заменяют генератором тока, рис. 6.3б. При этом . Покажите самостоятельно, что .

6.2.2.  «Разорванная» эквивалентная схема с двумя генераторами.

Схема изображена на рис. 6.5а. Её интересная особенность состоит в том, что введённые четыре параметра и являются h параметрами этого четырёхполюсника. Покажем это.

1. Закорачиваем выход, рис.6.6а. . Тогда:  .

2. Размыкаем вход, рис. 6.6б. . Тогда:  .

В итоге: . На рис. 6.5б приведён вариант этой схемы с генератором напряжения в выходной цепи. При этом .

«Разорванная» эквивалентная схема часто используется при анализе усилительных каскадов, поскольку позволяет анализировать входную и выходную цепи каскада независимо. Схема с генератором тока особенно удобна для ламп и полевых транзисторов, у которых  велико по сравнению с сопротивлением нагрузки. Тогда  просто не учитывается и схема упрощается.

6.3. Реальные схемы каскадов усиления.

Две типичные схемы усилительных каскадов изображены на рисунках 6.7 и 6.8. Первая схема самая простая, но она используется существенно реже, так как критична к параметрам транзистора. К этому мы ещё вернёмся. Во второй схеме добавлены два сопротивления (в цепях базы и эмиттера) и конденсатор C_э, а источник питания не указан.

Поясним назначение отдельных элементов схем. Для получения усиления по напряжению в коллекторную цепь транзистора включено сопротивление R_к. Тогда при изменении тока в цепи, напряжение на коллекторе транзистора будет меняться (динамический режим). Это, фактически, и есть выходное напряжение.

Сопротивления в базовой цепи (), вместе с сопротивлением  во второй схеме, обеспечивают нормальный режим работы транзистора, определяют постоянные составляющие токов и напряжений (рабочую точку на нагрузочной прямой). При этом, R_б в первой схеме определяет постоянную составляющую тока базы, а делитель в цепи базы второй схемы определяет постоянную составляющую напряжения на базе.

Импеданс нагрузки задают  и . Конденсаторы  и  (разделительные) исключают попадание постоянных составляющих токов базы и коллектора в цепи генератора и нагрузки. Переменные составляющие токов проходят, а постоянные – нет. Конденсатор большой ёмкости  во второй схеме шунтирует сопротивление , чтобы устранить отрицательную обратную связь по переменной составляющей и обеспечить усиление. Это мы обсудим позже.

Сопротивление генератора, подключённого к входу, будем считать малым по сравнению с входным сопротивлением каскада, и не будем его учитывать. Сопротивление генератора легко учесть, если в этом есть необходимость, зная входное сопротивление каскада. Это уже простая самостоятельная задача.

6.3.1. Эквивалентная схема каскада ШУ.

Важным этапом анализа схем является переход к эквивалентным схемам каскада для переменных составляющих (приращений). Пока на схеме нарисован транзистор, мы не можем написать уравнения Кирхгофа. Транзистор мы заменяем эквивалентным линейным четырёхполюсником. Кроме этого, на эквивалентной схеме каскада для переменных составляющих мы соединяем точки A и B, закорачиваем источник питания. Все нормальные источники должны иметь очень малое сопротивление для переменной составляющей тока, например, за счёт конденсатора большой ёмкости (рис.6.7). Источник питания создаёт только постоянную разность потенциалов, которую мы не учитываем на эквивалентной схеме каскада для переменных составляющих.