5. Определение основных параметров усилителя.

Наиболее важные показатели, характеризующие работу усили­тельного каскада, могут быть определены графическим или анали­тическим путем.

При графическом расчете усилителя в режиме малого сигнала необходимо построить нагрузочную прямую в семействе выходных статических, характеристик транзистора, а также воспользоваться статической входной характеристикой, снятой (в случае схемы с общим эмиттером) при U_КЭ ≠ 0. Так, например, пользуясь по­строениями, приведенными на рис. 13.3, можно определить сле­дующие величины:

входное сопротивление

(13.6)

Коэффициент усиления по напряжению

где

(13.7)

(13.8)

Коэффициент усиления по току

(13.9)

Коэффициент усиления по мощности

(13.10)

6. Определение параметров усилителя методом активного четырехполюсника

Для определения параметров усилительного каскада аналити­ческим методом следует воспользоваться его эквивалентной- схе­мой, представленной в виде четырехполюсника (рис. 13.6).

Под сопротивлением R_H понимают результирующую нагрузку транзистора для переменной составляющей коллекторного тока. Практически она состоит из параллельно соединенных сопротив­лений: R_K данного каскада и R_BX._сл последующего каскада:

(13.11)

Как было показано в параграфе 7.7, для четырехполюсника можно записать следующую систему уравнений, связывающих между собой входные и выходные токи и напряжения:

(13.12)

Но из схемы, приведенной на рис. 13.6, следует, что

(13.13)

Знак «минус» в последнем выражении отражает тот факт, что напряжение на выходе каскада отличается по фазе от входного напряжения на 180°.

Решая совместно системы уравнений (13.12) и (13.13), можно получить для расчета основных параметров усилителя необходи­мые формулы, которые оказываются пригодными для любой схемы включения транзистора

Обозначая h₁₁h₂₂ – h₁₂h₂₁ = h получим

(13.14)

(13.15)

(13.16)

(13.17)

Анализ уравнений (13.15), (13.16) и (13.17) показывает, что коэффициенты усиления резистивного каскада на транзисторе за висят от сопротивления нагрузки так, как это изображено на рис. 13.7. Из приведенных кривых видно, что для получения мак­симального усиления по мощности необходимо выбрать вполне определенное оптимальное сопротивление нагрузки транзистора. Его величина может быть найдена по следующей приближенной формуле:

(13.18)

Практически в предварительных каскадах резистивных усилите­лей не ставится задача максимального усиления мощности входных сигналов. Поэтому обычно в таких каскадах R_H << R_H.OPT. В этом случае расчетные формулы упрощаются и приобретают следующий вид:

(13.19)

(13.20)

(13.21)

03.22)

7. Эксплуатационные параметры транзистора

Транзистор, как и любой другой электронный прибор, характе­ризуется рядом эксплуатационных параметров, предельные значе­ния которых указывают на возможности практического применения того или иного транзистора. К числу таких параметров относятся:

Максимально допустимая мощность Р_K.max, рассеиваемая кол­лектором, - это превращающаяся в тепло мощность тока коллек­тора, бесполезно расходуемая на нагревание транзистора. В общем случае мощность, рассеиваемая транзистором, складывается из мощностей, рассеиваемых каждым p-n переходом:

P = P_K + P_Э = I_KU_КБ + I_ЭU_ЭБ

Однако в усилительном режиме у плоскостных транзисторов

I_Э U_ЭБ << I_К U_КБ поэтому Р ≈ Р_К ≈ I_К U_КБ.

При недостаточном теплоотводе разогрев коллекторного перехода может привести к резкому увеличению тока I_K. Это в свою очередь приводит к возрастанию мощности, рассеиваемой на коллекторе, и к еще большему нагреву коллекторного перехода. Процесс при­обретает лавинообразный характер, и транзистор необратимо выхо­дит из строя. Следует учитывать также, что при повышении тем­пературы окружающей среды предельно допустимая мощность Р_K.max уменьшается. Поэтому необходимо тщательно следить за ре­жимом работы транзисторов, исключая внешний нагрев прибора, особенно работающего при повышенных мощностях.

Максимально допустимый ток коллектора I_K.max ограничи­вается максимально допустимой мощностью, рассеиваемой коллек­тором. Превышение предельного значения тока коллектора при­водит к тепловому пробою коллекторного перехода и выходу тран­зистора из строя.

Максимально допустимое напряжение между коллектором и об­щим электродом транзистора (U_КЭ.max или U_КБ.max). Это напряже­ние определяется величиной пробивного напряжения перехода. Кроме того, оно зависит от мощности, тока коллектора и темпера­туры окружающей среды.

Из соображений надежности работы схемы не рекомендуется использовать величины токов, напряжений и мощностей выше 70% их наибольших допустимых значений. Следует, однако, отме­тить, что при работе в ключевом режиме значительная мощность выделяется на транзисторе только в течение перехода из открытого состояния к запертому и обратно (на активном участке характе­ристики). Поэтому среднее за период значение мощности, рассеивае­мой в транзисторе, относительно невелико, что позволяет допускать мгновенные значения токов коллектора и эмиттера в 2—3 раза больше паспортных, предельных для режима усиления значений, не опасаясь перегрева транзистора.

Предельная частота усиления по току (f_α или f_β) — частота, при которой коэффициент усиления по току α или β уменьшается до 0,7 (в раз) своего значения на низких частотах.

Выше перечислены лишь наиболее важные эксплуатационные параметры транзисторов. В паспортах транзисторов и справочни­ках указывается ряд других параметров: максимально допустимый ток базы, обратный ток эмиттера, максимально допустимый импуль­сный ток коллектора, напряжение насыщения коллектор - эмиттер, емкость коллекторного перехода, максимальная температура работы транзистора и т. д.