Для предотвращения подобных неудобств, а также для устранения возможности самовозбуждения в резонансных усилителях часто прибегают к нейтрализации внутренней обратной связи с помощью специальных схем.

Оценка усиления по мощности

В сеязи с тем, что транзисторы обладают низким в сравнении с лампами входным сопротивлением, при оценке усиления, даваемого транзисторами, единственно правильным являетсярассмотрение коэффициента усиления по мощности.

Ксеффициент усиления по мощности можно представить в нескольких формах;

Кр = - нОи llR.

где Ри. tH и /н - соответственно мощность и эффективные напряжение и ток в нагрузочном сопротивлении; то же во входном сопротивлении транзистора;

активные составляющие сопротивления и проводимости нагрузки; активные составляющие сопротивления и проводимости входа.

Bxi вх И /вх /?и и Он /?вх и Gex -

Рис. 10-39. Зависимость коэффициента усиления по мощности транзистора в различных схемах включения от сопротивления нагрузки.

Рис. 10-40. Зависимость к99ффициентов усиления по току Kj по напряжению и по мощности Кр от сопротивления выгрузки (кривые имеют одинаковый вид при разных схемах включения, ио масштабы осей при этом различны).

Как величина Кр, так и коэффициенты усиления по

напряжению \Ки - j-j и току \ki - зависят

от сопротивления нагрузки причем с увеличением коэффициент усиления по напряжению Ки растет, коэффициент усиления по току Ki снижается, а Кр проходит через максимум Крмакс при некотором оптимальном сопротивлении нагрузки /?н.с (Рис. 10-39 и 10-40).

Рассматривают также эффективный коэффициент усиления по мощности /Срэфф, который учитывает, кроме того, эффективность использования генератора сигнала,

/Срэфф = в - = Кр-р-* г.расп * г.

.расп . -

где Pp. расп - максимальная ( располагаемая ) мощность, которую может отдать генератор сигнала в случае согласования его внутреннего сопротивления с входным сопротивлением транзистора {Rj. - Rb. Если R ф Rx, то генератор передает на вход транзистора меньшую мощность (Рвх < -Рг.расп) и тогда Крэфф < Кр (рис. 10-41).

0,7 0.6 0.5

1 §

5- S- -

Рис. 10-41. График мощности, отдаваемой генератором сигнала.

- отношение отдаваемой на вход усилителя мощ-

ности к располагаемой мощности генератора сигнала; Д^/г ~ отношение входного сопротивления усилителя к внутреннему сопротивлению генератора сигнала.

Для получения наибольшего эффективного усиления по мощности необходимо, таким образом, выбрать оптимальное сопротивление нагрузки транзистора R = Ri.c и применить генератор сигнала с внутренним сопротивлением /?г> равным входному сопротивлению транзистора /?вх.с1 которое последний имеет при оптимальном сопротивлении нагрузки.

Такое полное согласование далеко не всегда удается осуществлять, и это приводит к проигрышу в усилении.

Следует также иметь в виду, что в ряде случаев полное согласование бьшает нежелательным. Так, например, в оконечных каскадах оно мешает получению высокого к. п. д. и малых нелинейных искажений.

В случаях, когда коэффициент усиления по току меньше единицы, как это имеет место у плоскостных транзисторов в схеме с общей базой, усиление мощности сигнала возможно лишь при условии, что сопротивление нагрузки превышает входное сопротивление транзистора. Поэтому многокаскадный усилитель на сопротивлениях с плоскостными транзисторами, включенными по схеме с общей базой, не дает усиления.

Расчет значений Кр, Ки, Ki, /?вх и /?вых Для конкретных схем приводится ниже (см. стр. 212).

Получение высокого входного сопротивления. При усилении сигналов от пьезоэлектрических звукоснимателей и микрофонов, в схемах вольтметров и в ряде других случаев необходимо обеспечивать высокое входное сопротивление схем с транзисторами. Наиболее распространены следующие четыре способа решения этой задачи: 1) применение входного понижающего трансформатора (рис. 10-42, а); 2) введение последовательно во входную цепь высо-коомного добавочного сопротивления (рис. 10-42, S);

3) построение входного каскада по схеме с общим коллектором ( эмиттерный повторитель , рис. 10-42, в) й 4) использование отрицательной обратной связи (рис. 10-42, г).

Первый способ позволяет повышать входное сопротивление устройства до нескольких десятков, а иногда и сотен килоом без проигрыша в усилении и даже выигрывать в эффективном усилении в связи с лучшим использованием мощности генератора сигнала.

Входное сопротивление эмиттерного повторителя примерно в I-- раз больше его сопротивления нагрузки

(входного сопротивления следующего каскада), но не может превосходить значение параметра Гк- Таким образом, в этой схеме выгодно применять транзистор с большим (близким к единице) значением а и высоким значением

Типичная схема входного каскада с отрицательной обратной связью представляет собой обычный усилитель по схеме с общим эмиттером, в котором отсутствуют конденсаторы, предотвращающие возникновение обратной связи на частотах сигнала по цепям стабилизации рабочей точки. При такой схеме удается получать те же входные сопротивления, что и у эмиттерного повторителя (до 1 - 2 Мом) при аналогичном проигрыше в усилении.

Частотная зависимость параметров транзисторов. Частотная зависимость параметров транзисторов начиг

Sn>92t П15

ВкЗгг Схема с 03

1к=-5в

Рис. 10-42. Схемы с транзисторами, позволяющие получать высокое входное сопротивление.

б - с понижающим трансформатором; б - с добавочным сопротивлением; в - с эмиттерным повторителем; г - с отрицательной обратной связью.

Если входное сопротивление первого каскада без пф трансформатора составляет величину R-ax- то при гсоэф- гооо фициенте трансформации п входное сопротивление схемы возрастает до величины юоо

ю го SO WO гов sag юов гт sbbokbu

Для предотвращения искажений в области низших частот первичная обмотка входного трансформатора должна обладать индуктивностью не менее чем

/мнн ~

где Д, - низшая частота усиливаемых сигналов.

Второй способ позволяет получать практически любые значения входного сопротивления (соответствующим выбором добавочного сопротивления), но связан с большим проигрышем в усилении и с ухудшением коэффициента шума всего устройства, что особенно нежелательно, когда необходимо усиливать слабые сигналы.

В этой схеме практически R= доб> а проигрыш в усилении по мощности достигает величины (RJRbx) где i?Bx - входное сопротивление каскада без добавочного сопротивления.

Включение первого транзистора по схеме эмиттерного повторителя также связано с некоторым проигрышем в усилений, ибо этот же транзистор в схеме с обпуам эмиттером обеспечил бы больший коэффициент усиления по мощности.

W 20 50 ЮО гоо 500 юоо гооо 5000 кгц

Рис. 10-43. Типичные зависимости активных и емкостных составляющих {/-параметров плоскостного транзистора от частоты.

нает проявляться на значительно более низких частотах, чем у электронных ламп. В особенности это относится к параметрам схемы с общим эмиттером (рис. 10-43) и к мощным транзисторам. Это обстоятельство иногда приходится учитывать уже при расчете схем, работаюцуах на частотах 5-10 кгц. Лишь у наиболее высокочастотных типов транзисторов, например диффузионных, значения

низкочастотных параметров остаются справедливыми до частот порядка 0,5-1 Мгц, причем пренебрегать наличием емкости коллекторного перехода Ск даже в этой области частот уже не всегда допустимо.

Для определения свойств транзисторов на той или иной высокой частоте чаще всего пользуются -параметрами, значения которых либо определяют путем измерений на данной частоте с помощькз специальных мостов, либо расчетным путем через эквивалентные схемы.

На основе приведенной выше П-образной эквивалентной схемы, зная значения семи ее элементов, можно с при-Темлемой точностью рассчитать {/-параметры транзистора в схеме с общим эмиттером на любой частоте вплоть до (0,5 0,8) / по следующим формулам:

г/11 TTTW

gK.6--f 2wCK6p-f/2nCJ .

- i + (e/)2 + S (e/F + /2яСк [1 + rS + mn f

- TTm

где e = 2я/-б'Сб.э-

Пример. Определим {/-параметры транзистора П12 на частоте 465 кгц, пользуясь элементами эквивалентной схемы, приведенными в табл. 10-2 (см. стр. 196): /б' = 70 ом; б'.э = 0,97 ммо; §к.б' = 0,27 мкмо; к.э == = 9,5 мкмо; S = 31 жа/в; Cg.s = 880 пф; Q = 15 пф.

Представляя каждый {/-параметр в форме

найдем:

е= 2я/-б'Сб.э= 2.3,14.70-880-10->2= 0,386-10-в сек; 1 + (6/) = 1 + (0,386-10-8-465.103)2 = 1,032;

8б'э + (e/F

0,97-10-3-f

0.032 70

1 -f (bff 1,032

= 1,38-10-3 mo;

-6 -э

1 + W ~ 1,032

= 850 пф;

1 + mf

0,27 -10-° -f 2.3,14 -15 -10-12.0,386.10-° (465 -10з)8 1,032

= - 7,85.10-e mo; Ck 15

1 + m

1,032

14,5 пф;

21 г+ = Щ2=30ж /в;

0,386-10-8-31.10-

2n[\-Y(bfn 2.3,14-1,032

= - 1840 nii&;

5(e/)2

s22~ i-f(e/)2

9,5-lO-e 4-31-10-3-0,032

= 25,6.10-8 mo;

Ck [1 4- 4- m 1 4- (6/)

С 22 -

45,5 пф.

15 [1 4-70-31.10-3 + 0,032] 1,032

10-6. РАСЧЕТ НЕКОТОРЫХ СХЕМ С ТРАНЗИСТОРАМИ

Малосигиальный усилитель низкой частоты

При известных значениях сопротивлений нагрузки и генератора сигнала Rr и значениях й-параметров транзистора в избранной схеме включения в данной рабочей точке основные показатели одиночного каскада могут быть рассчитаны по следующим формулам:

коэффициент усиления по току

/н

1 + hгR

коэффициент усиления по напряжению hiiR

ftii (1 4- hiR ) - hiMu лощност KiKu;

коэффициент усиления по мощности

входное сопротивление транзистора

All (hii + j - Аиг

hii +

выходное сопротивление транзистора

(hu 4- Rr) - hj iha

Для каскада с трансформаторной связью в эти формулы в качестве R следует подставлять приведенное к первичной обмотке трансформатора сопротивление нагрузки трансформатора, а величины Ки и Ki умножать на коэффициент трансформации напряжения и тока соответственно.

Оптимальное сопротивление нагрузки R ,c- необходимое для достижения максимального коэффициента усиления по мощности, составляет:

R..c= У

При этом максимальный коэффициент усиления по мощности достигает значения

Рш&кс--