Реферат: Усилитель напряжения низких частот (WinWord 2000)


Министерство Образования

Республики Беларусь.

Гродненский Государственный Университет имени Я Купалы.

Физико – технический факультет.

Курсовой проект на тему:

Усилитель напряжения низких частот.

Выполнили студенты

2-го курса 3-ей группы:

Бордаев М.В.,

Мечель А.Г.,

Мухин И.В.

Проверил:

Варнаков В.И.

Гродно 2000 г.

Введение.

Усилитель – устройство которое осуществляет увеличение энергетических
параметров управляющего сигнала за счет использования энергии
вспомогательного источника. Усилитель – один из основных элементов
автоматики , радиотехнике и находит широкое применение в радиосвязи,
радиовещании, телевидении и т.д.

Усилители могут быть классифицированы по различным признакам:
назначению, типу усилительных элементов, полосе и т.п.

По типу применяемых усилительных элементов различают транзисторные,
ламповые, комбинированные, интегральные усилители на интегральных
микросхемах.

По амплитудно – частотной характеристике выделяют усилители постоянного
тока, у которых нижняя граница полосы пропускания (н=0. В усилителях
переменного тока (н отделена от нуля конечным интервалом. Селективные
(избирательные) усилители имеют частотную характеристику, похожую на
резонансную кривую колебательного контура или частотную характеристику
полосового фильтра. Апериодическим (неизбирательным) усилителям
свойственны соизмеримые значения полосы пропускания ((=(в+(н и
центральной частоты пропускания (ц=((н+(в)/2.

С точки зрения применения выделяют электрометрические усилители –
электронные устройства для измерения медленно меняющихся напряжений или
токов; операционные усилители, предназначенные для выполнения
определенных математических операций; усилители звуковой частоты;
усилители промежуточной частоты радиоприемных устройств; усилители
большой мощности и т.п. В физическом эксперименте используются также
некоторые специальные усилители, например амплитудные, временные,
неперегружаемые.

Усилители низкой частоты.

Усилители низкой частоты (УНЧ) применяются во всех частях тракта
радиовещания: студийной, передающей и приемной. УНЧ используются также в
каналах записи и воспроизведения звука и кроме того находят широкое
применение в различных областях техники.

УНЧ являются элементом усилительного устройства, которое должно
содержать также источник сигнала, нагрузку и источник питания (рис. 1).

Рис.1

Основное назначение УНЧ – усиливать мощность сигнала, т.е. при подаче на
вход УНЧ электрического сигнала малой мощности получать на нагрузке
сигнал той же формы, но большей мощности. Для усиления мощности УНЧ
преобразует энергию источника питания с помощью усилительных приборов. В
некоторых случаях УНЧ имеет и вспомогательное значение – осуществляет
коррекцию формы сигнала.

По полосе усиливаемых частот (от нижней частоты диапазона до верхней )
УНЧ делятся на усилители постоянного и переменного тока. Усилители
постоянного тока (УПТ) - усилители медленно изменяющихся напряжений или
токов, усиливают в полосе частот от Fн=0 до Fв. усилители переменного
тока усиливают только переменную составляющую тока в полосе частот от
Fн>0 до Fв. Усилители звуковых частот (УЗЧ) – УНЧ, усиливающие сигналы в
полосе частот, воспринимаемых ухом человека.

Для оценки УНЧ используются электрические и акустические параметры,
различающиеся в зависимости от назначения УНЧ. Основные из них:

Коэффициент усиления напряжения (К) – отношение выходного напряжения U2
(рис. 1) к входному – U1: К= U2/ U1.

Рабочий диапазон частот – интервал значений (от нижней частоты Fн до
верхней Fв), в котором коэффициент усиления изменяется по определенному
закону с известной степенью точности.

Частотная характеристика (АЧХ) – зависимость коэффициента усиления К от
частоты.

Неравномерность частотной характеристики – наибольшее отклонение
коэффициента усиления в заданном диапазоне частот от значения,
определенного для средней частоты(К0).

Коэффициент частотных искажений (М) характеризует неравномерность АЧХ. М
– отношение коэффициента усиления в области средних частот (К0) к
коэффициенту усиления К на границе заданного диапазона частот.
Различаются коэффициенты частотных искажений: в области нижних частот
(Мн=К0/Кв) и верхних частот (Мв=К0/Кв).

Номинальная выходная мощность (Рвых.ном) – мощность выделяемая УНЧ в
нагрузке и заданная техническими требованиями.

Номинальное входное напряжение (Uвх.ном) – напряжение, подаваемое на
вход УНЧ, при котором на выходе создается номинальная мощность.
Напряжение Uвх.ном соответствует чувствительности УНЧ.

Входное сопротивление (Zвх) – сопротивление для токов НЧ, измеренное
между входными зажимами УНЧ. В области средних частот входное
сопротивление обычно оказывается активным (Rвх).

Выходное сопротивление (Zвых) – сопротивление для токов НЧ, измеренное
между выходными зажимами УНЧ (при условии, что источник сигнала включен,
но его напряжение равно нулю). В области средних частот выходное
сопротивление обычно оказывается активным (Rвых).

Общая потребляемая мощность (P0) – мощность, потребляемая УНЧ от
источников питания, при номинальной выходной мощности(Pвых.ном).

Номинальный промышленный КПД ((ном) – отношение номинальной выходной
мощности Pвых.ном к общей потребляемой мощности (ном=Pвых.ном/P0

Номинальная выходная мощность определяет верхний предел выходной
мощности, при котором все характеристики качества звучания по
электрическому напряжению соответствуют нормам.

Фон – среднеквадратическая сумма спектральных составляющих выходного
сигнала, возникающих в результате недостаточной фильтрации напряжения
питания.

Основными элементами структурной схемы УНЧ (рис.2) являются
предварительный усилитель (ПУ) и мощный усилитель (МУ). К дополнительным
элементам УНЧ относятся: регулятор усиления (РУ), цепи коррекции (ЦК) и
цепи обратной связи (ОС).

Мощный усилитель служит для создания необходимой мощности в нагрузке
УНЧ. Может содержать один или несколько каскадов усиления.

Предварительный усилитель (или усилитель напряжения ) служит для
создания необходимого напряжения на входе мощного усилителя. Может
содержать один или несколько усилительных каскадов (входной и
промежуточные).

Регулятор усиления предназначен для изменения пределов усиления. В
усилителях звуковой частоты регулятор усиления является регулятором
громкости.

Цепи коррекции используются для изменения частотной характеристики УНЧ в
нужном направлении.

Усилители мощности

Усилителем мощности обычно называют выходной (оконченный) каскад
усилителя сигнала. Мощность, потребляемая мало сигнальными каскадами от
источников питания, невелика, поэтому коэффициент полезного действия (
каскада имеет второстепенную роль. Когда отдаваемая в нагрузку мощность
полезного сигнала становится соизмеримой с потребляемой усилителем
мощностью, возникает вопрос экономии энергии питания. Для этого прежде
всего следует уменьшить мощность, выделяющуюся в схеме самого каскада.

В зависимости от назначения и выходной мощности усилителя его выходной
каскад может работать в разных режимах.

Режим класса А. Рабочая точка (р.т.) выбирается на прямолинейном участке
динамической вольтамперной характеристики (рис.3). Амплитуда переменного
напряжения на сетке Uс равна напряжению смещения Ес или меньше его.
Анодный ток лампы протекает непрерывно, и все его изменения точно
воспроизводят форму переменного напряжения на сетке. Достоинством режима
класса А являются малые нелинейные искажения, недостатками низкий КПД (в
УНЧ не более 25%) и относительно малая мощность в нагрузке. Поэтому
режим класса А применяется только в маломощных однотактных выходных
каскадах (до 3 – 5 вт.). В режиме класса А работают и все каскады
усиления напряжения.

Рис.3 Рис.4

Режим класса В. В отличии от режима класса А рабочая точка выбирается в
самом начале характеристики (рис.4). Мощность, выделяемая в каскаде,
работающем в режиме В, при отсутствии сигнала мала. Однако в этом случае
каскад способен усиливать сигналы только одной полярности или только
одну полуволну гармонического сигнала. Достоинства режима В – высокий
КПД (50 – 60%) и большая мощность сигнала в нагрузке. Чтобы усилить
сигнал полностью применяются двухтактные схемы, в которых положительные
составляющие сигнала усиливаются одним активным элементом, а
отрицательные – другим . В нагрузке Rн усиленные компоненты складываются
таким образом, что восстанавливается первоначальная форма сигнала.

Рис.5

Весьма удобно использовать для построения двухтактных каскадов
транзисторы с различной структурой n – p – n и p – n – p, но со сходными
характеристиками (рис.5).Если сигнал построен на транзисторах с
одинаковой структурой, то сигнал на их базы подается в противофазе.

Обратная связь.

Обратная связь (ОС)—связь, за счет которой энергия иа| выходной цепи
усилителя (или усилительного каскада) передается во входную. ОС,
охватывающая только один усилительный каскад, называется местной, а два
и более каскадов — общей.

ОС может быть внутренней, паразитной и общей.

Внутренняя ОС связана с физической природой усилительного прибора.
Паразитная ОС создается за счет паразитных связей (емкостных или
индуктивных) между цепями| усилителя, что является результатом
неудачного расположения и монтажа элементов схемы, а также вследствие
питания каскадов от общих источников. Внутренняя и паразитная ОС вредны,
так как могут изменять свойства усилителей в нежелательном направлении.
Поэтому предусматриваются специальные меры по их устранению (или
ослаблению).

Внешняя ОС создается преднамеренно — для нужного воздействия на
соответствующие показатели усилителя. На рис.6 приведены структурные
схемы усилительного устройства с ОС. Элементами схем являются: источник
сигнала (ИС), нагрузка (Н), усилитель (или усилительный каскад) с
коэффициентом усиления К. и цепь ОС ((-цепь) с коэффициентом передачи (.

Усилитель (или усилительный каскад) и цепь ОС образуют замкнутое кольцо
— петлю обратной связи. Эта петля может быть замкнутой и разомкнутой.
Если свойства цепи ОС ((-цепи) не зависят от частоты, ОС называется
частотнонезависимой, в противном случае — частотнозависимой.

Для количественной оценки ОС используется ряд показателей петлевое
усиление, глубина ОС, фаза петли ОС.

Рис.6

Петлевое усиление (Кl) — усиление вдоль разомкнутой петли ОС : |Kl|=[K
(|.

Глубина ОС (А) показывает, во сколько раз изменяется сквозное усиление
при введении ОС.

Фаза петли ОС ((i) — сумма фазовых сдвигов, вносимых усилителем (или
усилительным каскадом) и цепью ОС. Величина (i; определяет характер ОС.
Если (i =0, ОС является положительной (ПОС), если Ф;=180°,ОС
отрицательная (ООС). В реальных условиях (i зависит от частоты, и в
пределах диапазона частот ОС может изменять свой знак. Поэтому для
оценки характера ОС ее знак определяется в середине рабочего диапазона
частот (где не сказывается влияние частоты). Глубина ООС связана с
петлевым усилением соотношением: А=1 +К (.

ОС влияет на такие показатели усилителей (усилительных каскадов), как
сквозной коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления,
стабильность коэффициента усиления, АЧХ, коэффициент гармоник и уровень
фона.

ООС приводит к уменьшению сквозного коэффициента усиления K.t,
пропорционального глубине ОС (А). При достаточно глубокой ООС сквозной
коэффициент усиления практически определяется только цепью ОС (обратно
пропорционален (). В связи с этим за счет ООС повышается стабильность
коэффициента усиления: относительное изменение коэффициента усиления под
влиянием соответствующего дестабилизирующего фактора ((К/К) снижается
пропорционально глубине ООС. При увеличении глубины ООС пропорционально
уменьшаются также нелинейные искажения и уровень фона. Эти свойства. ООС
широко используются в УНЧ.

Свойства ОС в значительной степени зависят от способа соединения
усилителя (усилительного каскада) и цепи ОС. На;. рис. 7.1 приведены
наиболее распространенные варианты структурных схем усилителей с ОС.

Y-связь (рис. 6, а)—параллельная ОС по входу и выходу; называется также
параллельной ОС по напряжению, так как напряжение на выходе цепи ОС (U()
пропорционально напряжению на нагрузке (Uвых).

Z-связь (рис. 6,б)—последовательная ОС по входу и выходу; называется
также последовательной ОС по току, так как напряжение на выходе цепи ОС
(U() пропорциональ- но току нагрузки (Iвых).

Н-связь (рис. 6, в)—последовательная ОС по входу и параллельная по
выходу; называется также последовательной ОС по напряжению.

К-связь (рис. 6, г)—параллельная ОС по входу и последовательная по
выходу; называется также параллельной ОС по току.

ОС влияет на входное и выходное сопротивления усилителя. При этом
последовательная ООС увеличивает сопротивление (входное или выходное), а
параллельная — уменьшает. Степень влияния ООС на сопротивление
(аналогично усилению) определяется глубиной ОС (А). |

ОС оказывает влияние также на частотную характеристику УНЧ. При этом
частотнонезависимая ООС приводит к расширению АЧХ. Для частотнозависимой
ООС АЧХ изменяется по закону, обратному закону изменения (. Эти свойства
ООС используются в УНЧ для коррекции частотной характеристики.

В рабочем диапазоне частот ООС может перейти в ПОС и ухудшить показатели
УНЧ, в частности, вызвать самовозбуждение. Поэтому предусматриваются
меры по повышению устойчивости ООС. С этой целью снижается глубина ОС,
которая не должна превышать допустимого значения, уменьшается фаза петли
ОС и осуществляется требуемая коррекция АЧХ.

В УНЧ используются два вида ООС: по постоянному и переменному току.

Обратная связь по постоянному току

ООС по постоянному току используется в основном для стабилизации режимов
транзисторов. Для этого применяется как местная, так и общая ООС.

Рис.7

Местная ООС, охватывающая только один усилительный каскад, бывает трех
типов: параллельная (рис. 7, а), последовательная (рис. 7, б) и
комбинированная — параллельно-последовательная (рис. 7, в).

В схеме ООС параллельного типа, называемой также схемой коллекторной
стабилизации (рис.7, а), ОС подается с коллектора транзистора Т1 на его
базу через сопротивление rf. При возрастании тока коллектора (под
влиянием дестабилизирующих факторов) увеличивается падение напряжения на
сопротивлении коллекторной нагрузки Rс. Это приводит к уменьшению тока
базы, а соответственно и тока коллектора. Эффективность стабилизации,
определяемая соотношением сопротивлений Rс и rf, обычно мала.

В схеме ООС последовательного типа, называемой также схемой эмиттерной
стабилизации (рис. 7, б), сопротивление ОС (Rе) включено в цепь
эмиттера. За счет делителя Rb1—Rb2 напряжение на сопротивлении Rb2
поддерживается равным U1. При возрастании тока коллектора (под влиянием
дестабилизирующего фактора) увеличивается ток эмиттера Iе и возрастает
падение напряжения U2 на сопротивлении Re. В результате уменьшается
напряжение на эмиттерном переходе (UBE), что приводит к уменьшению тока
коллектора.

Общая ООС по постоянному току может быть реализована только при
непосредственной связи каскадов. Один из видов такой ООС (К-связь)
показан на рис. 8, а для двух каскадов.

Рис.8

Напряжение смещения на базу транзистора Т1 подается от эмиттерного
сопротивления Re через сопротивление ОС Rf. Если под влиянием
дестабилизирующего фактора возрастает ток Iс2. то увеличиваются падение
напряжения на Re1 и токи Iв1 и Iс1. В результате снижается напряжение на
коллекторе Т1 и уменьшается ток Iс2,. Другой вариант общей ООС по
постоянному току (Н-связь) показан (для двух каскадов) на рис. 8, б.
Напряжение с коллектора транзистора Т2 подается на эмиттер Т1 через
резисторы Rf и Re1

Обратная связь по переменному току

ООС по переменному току широко используется в УНЧ для улучшения
качественных показателей как всего усилителя, так и отдельных его
каскадов. Для этого применяется как местная, так и общая ООС.

Местная ООС, охватывающая только один усилительный каскад, бывает двух
основных типов: параллельная и последовательная.

Параллельная ООС (Y-связь) осуществляется с помощью сопротивления ZF,
включенного между коллектором и базой транзистора T1 (рис. 9). Глубина
такой ООС (А) обратно пропорциональна величине ZF. Параллельная ОС
используется преимущественно для частотной коррекции — при необходимости
снизить усиление в области верхних частот. При этом в качестве ZF
включают конденсатор: А с ростом частоты будет возрастать, а
следовательно, усиление верхних частот будет падать. Y-связь
используется как в предварительных, так и; мощных УНЧ.

Последовательная ООС (Z-связь) осуществляется с помощью сопротивления
Ze, включенного в цепь эмиттера транзистора Tl. На рис. 10 приведены
некоторые варианты Z-связи.

Во всех случаях в цепь ООС должно быть включено сопротивление Re,
необходимое для прохождения постоянного тока эмиттера. В схеме (рис. 10,
а) цепь ООС создается как для переменного, так и для постоянного тока.
Для разделения эти цепей используют блокировочные конденсаторы (Ce — рис
10, б, в). Глубина Z-связи зависит от коэффициента передач цепи ООС ((),
определяемого соотношением сопротивлений Ze и коллекторной нагрузки Rс.
За счет емкости Се, последовательная ООС делается частотнозависимой: с
ростом частот глубина ООС уменьшается. Z-связь широко используется в
каскадах как предварительных, так и мощных УНЧ: для повышения входного
сопротивления и стабильности коэффициента усиления и для коррекции АЧХ.

В УНЧ используются преимущественно два вида общей ООС по переменному
току: последовательная ООС по напряжению и параллельная ООС по току.

Рис. 11

Последовательная ООС по напряжению (Н-связь) имеет наибольшее
применение. Один из видов такой ООС, охватывающей два каскада, изображен
на рис. 11, а. Элементами цепи ООС, связывающей коллектор транзистора Т2
с эмиттером Tl, являются резисторы RF и Rе1 Для устранения возникающей
при таком включении ООС по постоянному току (как на рис. 8, б)
последовательно с RF и Re1 включается конденсатор CF. Обычно емкость
этого конденсатора выбирается большой, такой, чтобы даже для наиболее
низкой частоты диапазона Fн реактивное сопротивление конденсатора FF
было достаточно малым. В этом случае глубина частотнонезависимой ООС
зависит от коэффициента передачи цепи ОС : (= Re1/ Fн + Re1. При
использовании в цепи (-связи конденсаторов, подключаемых параллельно или
последовательно, ООС делается частотнозависимой и используется для
коррекции АЧХ.

Параллельная ООС по току (K-связь) используется в основном в каскадах
предварительного усиления. Один из видов такой ООС, охватывающей два
каскада, показан на рис. 7.7, б Элементами цепи ООС, связывающей эмиттер
транзистора T2 с базой Т1, являются резисторы RF и Re. Глубина подобной
ООС зависит от соотношения резисторов RF и Rе. При подключении
параллельно Rе или RF конденсаторов ООС становится частотнозависимой.
При подключении параллельно Rе почки RC (показана на рис. 8, б
пунктиром) глубина OOC для постоянного и переменного токов будет
различной. Параллельная ООС (Y-связь), охватывающая несколько каскадов,
используется сравнительно редко.

Наряду с ООС в УНЧ (как в предварительных, так и мощных) используется
положительная обратная связь (ПОС). На рис.12 приведена схема, в которой
ПОС применяется для повышения входного сопротивления каскада путем
уменьшения влияния сопротивления цепи смещения базы. Для переменного
входного сигнала Uвх. напряжение ОС UF= K*Uвх подается через конденсатор
CF к резистору R. При этом на зажимах R создается напряжение
Uab=Uвх-UF=Uвх*(1-K). Если (в идеальном случае) К=1, то через резистор R
не будет протекать ток и его сопротивление под действием ПОС станет
бесконечно большим. Для реальных эмиттериых повторителей K<1 и
сопротивление R под действием ПОС будет иметь конечное значение, равное
R/1-K. В мощных бестрансформаторных УНЧ ПОС используется для повышения
коэффициента усиления предоконечныу каскадов.

В УНЧ, охваченных ОС, предусматриваются специальные меры по повышению их
устойчивости. Для этого ограничивается допустимая глубина ОС, а также
применяется частотная коррекция — ограничивается усиление верхних частот
вне рабочего диапазона. Для создания таких корректирующих цепей
используется, в частности, частотнозависимая параллельная ОС (местная и
общая). Для исключения паразитных ОС применяются; рациональный монтаж
(исключающий возникновение паразитных электрических или магнитных
связей), экранировка и развязка по цепям питания.

Параметры и эквивалентные схемы транзистора.

Параметры транзисторов являются величинами, характеризующими их
свойства. С помощью параметров можно сравнивать качество транзисторов,
решать задачи, связанные с применением транзисторов в различных схемах,
и рассчитывать эти схемы.

Рис.13

Для транзисторов предложено несколько различных схем параметров и
эквивалентных схем, каждая из которых имеет свои преимущества и
недостатки.

Все параметры можно разделить на собственные (или первичные) и
вторичные.

Собственные параметры характеризуют свойства самого транзистора
независимо от его схемы включения, а вторичные параметры для различных
схем включения различны.

В качестве собственных параметров принимают некоторые сопротивления в
соответствии с эквивалентной схемой транзистора для переменного тока
(рис.13 слева: Т-образная эквивалентная схема транзистора с генератором
ЭДС, справа: тока). Эта схема, называется Т-образной, отображает
электрическую структуру транзистора и учитывает его усилительную
структуру.

Основными первичными параметрами являются сопротивления rэ, rк и rб,
т.е. сопротивления эмиттера, коллектора и базы для переменного тока.
Сопротивление rэ представляет собой сопротивление эмиттерного перехода к
которому добавляется сопротивление эмиттерной области. Подобно этому rк
является суммой сопротивлений коллекторного перехода и коллекторной
области, но последнее очень мало по сравнению с сопротивлением перехода.
А сопротивление rб есть поперечное сопротивление базы.

В схеме на рис.13 (слева) усиленное переменное напряжение на выходе
получается от некоторго эквивалентного генератора, включенного в цепь
коллектора; ЭДС такого генератора пропорциональна току эмиттера iмэ.

Эквивалентный генератор надо считать идеальным, а роль его внутреннего
сопротивления выполняет сопротивление rк. Как известно, ЭДС любого
генератора равна произведению его тока короткого замыкания на внутреннее
сопротивление. В данном случае ток короткого замыкания равен (Iмэ ,т.к.
(= Iмк/ Iмэ при Rн=0, т.е. при коротком замыкании на выходе. Таким
образом, ЭДС генератора равна (Iмэrк.

Вместо генератора ЭДС можно ввести в схему источник тока. Тогда
получается наиболее наиболее часто применяемая схема (рис 13, справа). В
ней генератор тока создает ток, равный (Iмэ. Значения первичных
параметров примерно следующее. Сопротивление rэ составляет десятки Ом,
rб - сотни Ом, а rк - сотни килоом и даже единицы мегаом. Обычно к трем
сопротивлениям в качестве четвертого собственного параметра добавляют (.
Рассмотренная эквивалентная схема транзистора пригодна только для НЧ. На
ВЧ необходимо учитывать еще емкости эммитергого и коллекторного
переходов, что приводит к усложнению схемы.

Рис.14

1. Уменьшение сопротивления коллекторного перехода в схеме с ОЭ
объясняется тем, что в этой схеме некоторая часть напряжения Uкэ
приложена к эмиттерному переходу и усиливает в нем инжекцию. Вследствие
этого значительное число инжектированных носителей приходит к
коллекторному переходу и его сопротивление снижается.

Переход от эквивалентной схемы ОБ к схеме ОЭ можно показать следующим
образом. Напряжение, создаваемое любым генератором, равно разности между
ЭДС и падением напряжения на внутреннем сопротивлении. Для схемы на
рис.14(слева) это будет

Uм=(Iмэrк-Iмkrк

Заменим здесь Iмэ на сумму (Iмк+(Iмб. Тогда получим

Uм=((Iмk+Iмб)rк–Iмkrк=(Iмкrк+(Iмбrк-Iмkrк=(Iмбrк-(Iмkrк-(Iмкrк)=(Iмбrк-I
мkrк(1-()

В этом выражении первое слагаемое (Iмбrк представляет собой ЭДС, а
второе слагаемое есть падение напряжения на сопротивлении rк(1-(),
которое является сопротивлением коллекторного перехода. А ток короткого
замыкания, создаваемый эквивалентным генератором тока, равен отношению
ЭДС к внутреннему сопротивлению, т .е.

I=(Iмбrк/rк(1-()=( Iмб.

Рассмотренные Т-образные эквивалентные схемы являются приближенными,
т.к. на самом деле эмиттер, база и коллектор соединены друг с другом не
в одной точке. Но тем не менее использование этих схем для решения
теоретических и практических задач не дает значительных погрешностей.

Все системы вторичных параметров основаны на том, что транзистор
рассматривается как четырехполюсник, т.е. прибор, имеющий два входных и
два выходных зажима. Вторичные параметры связывают друг с другом входные
и выходные токи и напряжения и справедливы только для данного режима
транзистора и для малых амплитуд. Поэтому их называют низкочастотными
малосигнальными параметрами. Вследствие нелинейности транзистора при
изменении его режима и при больших амплитудах вторичные параметры
изменяются.

В настоящее время основными считаются смешанные (или гибридные)
параметры, обозначаемые буквой h или H. Название смешанные дано потому,
что среди них имеются две относительные величины, одно сопротивление и
одна проводимость. Два из h-параметров определяется при коротком
замыкании для переменного тока на выходе, т.е. при отсутствии нагрузки в
выходной цепи. В этом случае на выход транзистора подается только
постоянное напряжение (u2=const) от источника E2.Остальные два параметра
определяются при разомкнутой для переменного тока входной цепи, т.е.
когда во входной цепи имеются только постоянный ток (i1=const ),
создаваемый источником питания. Условия u2=const и i1=const нетрудно
осуществить на практике при изменении h-параметров.

В систему h-параметров входят следующие величины.

Входное сопротивление :

, при u2=const

представляет собой сопротивление транзистора между входными зажимами для
переменного входного тока при котором замыкание на выходе, т.е. при
отсутствии выходного переменного напряжения.

При таком условии изменение входного тока (i1 является результатом
изменения только входного напряжения (u1. А если бы на выходе было бы
переменное напряжение, то оно за счет обратной связи, существующей в
транзисторе, влияло бы входной ток. В результате входное сопротивление
получалось бы различным в зависимости от переменного напряжения на
выходе, которое, в свою очередь, зависит от сопротивления нагрузки Rн.
Но параметр h11 должен характеризовать сам транзистор (независимо от
Rн), и поэтому он определяется при условии u2=const, т.е. при Rн=0.

Коэффициент обратной связи по напряжению

,при i1=const

показывает, какая доля выходного переменного напряжения передается на
вход транзистора вследствие наличия в нем внутренней обратной связи.

Условие i1=const в данном случае подчеркивает, что во входной цепи нет
переменного тока, т.е. эта цепь разомкнута для переменного тока, и,
следовательно, изменение напряжения на входе u1 есть результат изменения
только выходного напряжения (u2.

Коэффициент усиления по току (коэффициент передачи тока)

, при u2=const

показывает усиление переменного тока транзистором в режиме работы без
нагрузки.

Условие u2=const, т.е. Rн=0, и здесь задается для того, чтобы изменение
выходного тока (i2 зависело только от изменения входного тока (i1.
Именно при выполнении такого условия параметр h21 будет действительно
характеризовать усиления тока самим транзистором. Если бы выходное
напряжение менялось, то оно влияло бы на выходной ток и по изменению
этого тока уже нельзя было бы правильно оценить усиление .

Выходная проводимость

,при i1=const

представляет собой внутреннюю проводимость для переменного тока между
выходными зажимами транзистора.

Ток i2 должен изменяться только под влиянием изменения выходного
напряжения u2.Если при этом ток i1 не будет постоянным, то его изменения
вызовут изменения тока i2 и значение h22 будет определенно неправильно.

Величина h22 измеряется в сименсах (См). Однако удобней пользоваться
выходным сопротивлением Rвых=1/ h22 ,выраженного в омах или килоомах.

Определить параметры можно не только через приращения токов и
напряжений, но и через амплитуды переменных составляющих токов и
напряжений:

, при Um2=0

, при Im1=0

, при Um2=0

, при Im1=0

h-параметры определены для малых амплитуд, поэтому использование их для
больших амплитуд дает значительные погрешности.

При измерении параметров на переменном токе вместо амплитуд могут быть
взяты действующие значения, показываемые измерительными приборами.

Зависимость между переменными токами и напряжениями в транзисторе при
использовании h-параметров можно выразить следующими уравнениями:

Этим уравнениям соответствует эквивалентная схема (рис.15). В ней
генератор ЭДС h12Um2 показывает наличие напряжения обратной связи во
входной цепи. Сам генератор надо считать идеальным, т.е. не имеющим
внутреннего сопротивления. Генератор тока h21Im1 в выходной цепи
учитывает эффект усиления тока, а h22 является внутренней проводимостью
этого генератора. Хотя входная и выходная цепи кажутся не связанными
друг с другом, на самом деле эквивалентные генераторы учитывают
взаимосвязь этих цепей.

В зависимости от того, к какой схеме относятся параметры, дополнительно
к цифровым индексам ставят буквы: э – для схемы с ОЭ, б – для схемы с ОБ
и к – для схемы с ОК.

Рис.15

Рассмотрим h-параметры для схем с ОЭ и ОБ и приведем их значения для
транзисторов небольшой мощности.

Для схемы с ОЭ i1=iб, i2=iк, u1=uбэ, u2=uкэ , и поэтому h-параметры
определяются по следующим формулам:

входное сопротивление

h11э=(uбэ/ (iб ,при uкэ=const

и получается от сотен ом до единиц килоом;

коэффициент обратной связи

h12э=(uбэ/(uкэ ,при iб=const

, т.е. напряжение, передаваемое с выхода на вход за счет обратной связи,
составляет тысячные или десятитысячные доли выходного напряжения;

коэффициент усиления тока

h21э=(iк/(iб ,при uкэ=const

и составляет десятки – сотни;

выходная проводимость

h22э=(iк/(uкэ ,при iб=const

и равна десятым или сотым долям миллисименса, а выходное сопротивление
1/ h22э , получается от единиц до десятков килоом.

Для схемы с ОБ i1=iэ, i2=iк, u1=uэб, u2=uкб , и формулы h-параметров
напишутся так:

входное сопротивление

h11б=(uэб/ (iэ ,при uкб=const

и составляет единицы или десятки ом;

коэффициент обратной связи

h12б=(uэб/(uкб ,при iэ=const

), что и схема с ОЭ;

коэффициент усиления тока

|h21б|=(iк/(iэ ,при uкб=const

и обычно равен 0,950 – 0,998 (токи iэ и iк имеют разные знаки поскольку
один из них “втекает” в транзистор, а другой “вытекает” из него, и тогда
параметр h21б имеет знак “минус”)

выходная проводимость

h22б=(iк/(uкб ,при iэ=const

и составляет единицы микросименсов и менее; выходное сопротивление 1/
h22б получается обычно до сотен килоом.

Кроме системы h-параметров пользуются также системой в виде
проводимостей, или y-параметрами. Эти параметры определяются при
коротком замыкании для переменного тока на входе или на выходе
транзистора по следующим формулам.

Входная проводимость

у11=(i1/ (u1, при u2=const.

Нетрудно видеть, что у11 является величиной обратной h11: у11=1/h11

Проводимость обратной связи

у12=(i1/ (u2, при u1=const.

Параметр у12 показывает, какое изменение тока i1 получается за счет
обратной связи при изменении выходного напряжения u2 на 1 В.

Проводимость управления (крутизна)

у21=(i2/ (u1, при u2=const.

Величина у21 характеризует управляющее действие входного напряжения u1
на выходной ток i2 и показывает изменение i2 при изменении u1 на 1 В.

Выходная проводимость

у22=(i2/ (u2, при u1=const.

При помощи у-параметров токи и напряжения транзистора можно связать друг
с другом уравнениями

Im1=y11Um1+y12Um2

Im2=y21Um1=y22Um2

Источник

Сигнала



ПУ

МУ

ОС

РУ

ЦК

Источник

питания

Нагрузка

Uвых.

Uвх.

УНЧ

Рис.2

Рис.9

Рис.12

Im1

h11

Um1

h12Um2

h21Im1

h22

Im2

Um2

Источник

питания

УНЧ

U2



U1

Еr

Zr

Источник

сигнала

Нагрузка

Um2

(Iмэ



Um1

Um2

Um1











(Iмэ rк

Um1

Um2

(Iмб





rк(1-()

Читать версию документа без форматирования