Теоретическая часть

 

В транзисторных схемах источник сигнала может включаться в цепь базы или эмиттера, нагрузка — в цепь коллектора или эмиттера, а третий электрод транзистора оказывается общим для входной и выходной цепи. В зависимости от того, какой электрод транзистора оказывается общим, различают схемы ОЭ (с общим эмиттером), ОБ (с общей базой) и ОК (с общим коллектором), показанные на рис. 7.

В этих схемах конденсаторы С1 и С2 служат для связи каскада с источником сигнала и нагрузкой на переменном токе и исключают в то же время влияние источника сигнала и нагрузки на режим работы каскада по постоянному току. Резисторы R₁, R₂, R_k и R_э обеспечивают выбранный режим работы транзистора в активной области, т.е. выбранное положение рабочей точки на вольтамперных характеристиках транзистора. Конденсатор С3 выполняет роль блокировочного конденсатора, исключая из работы на переменном токе резистор R_э (каскад ОЭ) или делитель напряжения в цепи базы R₁, R₂ (каскад ОБ), и тем самым обеспечивает присоединение эмиттера (базы) к общей точке схемы.

 

 

Для анализа транзисторных схем важно знать, как связаны электродные токи и напряжения между выводами транзистора, т.е. знать вольтамперные характеристики.

При анализе каскада ОЭ удобно пользоваться зависимостями

 

и .

 

Первые из них называются семейством входных, а вторые — семейством выходных характеристик. Их типичный вид приведен на рис. 3. Здесь же приведена построенная нагрузочная прямая по постоянному току и выбранная на ней рабочая точка транзистора A с координатами которая отображена также на семействе входных характеристик и имеет координаты . Для построенной нагрузочной прямой (рис. 8а) транзистор будет работать в активном режиме при токах базы в диапазоне .

В усилительных схемах транзистор работает в активном режиме, когда эмиттерный переход смещен прямо (для p-n-p-транзистора ), а коллекторный — обратно ( ). При этом транзистор обладает усилительными свойствами и токи его электродов связаны между собой через статические коэффициенты передачи по току транзистора и

откуда следует, что

 

Iбн

 

Для оценки параметров усилителя его принципиальную схему преобразуют в эквивалентную, в которой транзистор замещается своей малосигнальной эквивалентной схемой рис. 9.

Нас интересуют формулы для и в диапазоне средних частот. На этих частотах можно не учитывать частотную зависимость коэффициента передачи по току и емкость (она отбрасывается). Ёмкости конденсаторов , и выбирают настолько большими, чтобы на средних частотах их сопротивление было пренебрежимо малым по сравнению с суммарным сопротивлением окружающих их резисторов. Поэтому в эквивалентной схеме на рис. 10 они представлены короткозамкнутыми ветвями. То же относится и к источнику питания , так как схема на рис. 10 справедлива только для переменных составляющих токов и напряжений. С учетом сказанного резисторы и , так же как и резисторы и ( — нагрузка, подключаемая к выходным клеммам усилителя), оказываются соединенными параллельно. Поэтому в эквивалентной схеме фигурируют и . Аналогично можно получить эквивалентные схемы для каскадов ОБ и ОК. Применяя к эквивалентным схемам каскадов известные методы анализа электрических цепей (например, метод контурных токов), можно получить приближенные формулы для оценки основных параметров усилительных каскадов, представленные в таблице. В этих формулах где а — внутреннее сопротивление источника сигнала. Для всех схем .

 

 

	Схема включения транзистора
ОЭ	ОБ	ОК
	~	~
G

 

Верхняя граничная частота полосы пропускания (на этой частоте в раз меньше, чем на средней частоте) транзисторного каскада зависит от параметров транзистора , нагрузки , внутреннего сопротивления источника сигнала и схемы включения транзистора. Для любого усилительного каскада , где . В последней формуле , а коэффициент для каждой схемы включения транзистора вычисляют по формулам таблицы.

Описание макета

 

Исследуемая в работе схема представлена на рис. 11. С помощью переключателей, расположенных на передней панели лабораторной установки, можно путем соответствующей коммутации эмиттерной, базовой и коллекторной цепей транзистора собрать любой из трех усилительных каскадов (ОЭ, ОБ или ОК).

Для оценки входного тока усилителя служат измерительные резисторы и . При этом ,

где – напряжение на клеммах генератора, – напряжение на входе усилителя (за измерительным резистором).

При оценке выходного сопротивления усилителя будем считать, что холостой ход на выходе усилителя возникает, если установить , а режим короткого замыкания – при , так как других возможностей данная лабораторная установка не предоставляет.

Питание усилительного каскада осуществляется от источника G1, напряжение на выходе которого устанавливают 10 В. В исследуемой схеме стоит маломощный низкочастотный транзистор МП42А (f_h21б = 1¸3 МГц, В = 30¸50, r_б = 200 Ом, Cк = 30 пФ, P_kmax = 200 мВт). Резисторы и конденсаторы имеют следующие номиналы: R1 = 1 кОм; R2 = 11 кОм; R3 = 5,1 кОм; R4 = R5 = R9 = 3,6 кОм; R6 = 470 Ом; R7 = 20 Ом; R8 = 510 Ом; R10 = 10 кОм; С1 = С2 = СЗ = 20,0 мкФ.