Характеристики режима малых сигналов

На рис. 2.12 представлена схема с общим эмиттером, состоящая из транзистора, коллекторного резистора R_к, источника питающего напряжения U_п и источника напряжения сигнала E_г с внутренним сопротивлением R_г. Измеряя ыходное напряжение U_вых как функцию напряжения сигнала U_вх, получим передаточную характеристику схемы (см.рис.2.12).

Рис.2.12. Схема усилителя с общим эмиттером

и ее передаточная характеристика

При малых U_вх ток коллектора пренебрежимо мал и U_вых » U_п, далее ток коллектора возрастает при возрастании U_вх, в результате выходное напряжение U_вых = U_п – I_кR_к убывает. При дальнейшем увеличении U_вх транзистор переходит в режим насыщения и U_вых = U_кэнас.

Рабочая точка выбирается приблизительно посередине передаточной характеристики, т.е.

, , , U_б = U_бэнас + I_бR_i .

Свойства схемы при управлении вблизи рабочей точки A описываются характеристиками режима малых сигналов. Усиление по напряжению в режиме малых сигналов соответствует наклону средней части передаточной характеристики. Дифференцируя, получаем

.

Коэффициент K₀ называется коэффициентом усиления холостого хода, так как характеризует его работу без нагрузки (R_н»¥). Кроме этого, при выводе уравнения считаем, что U_бэ=U_вх, т.е. пренебрегаем конечным сопротивлением источника питания (R_i » 0). Так как I_кAR_к < U_п максимально возможное усиление пропорционально при заданном R_к напряжению питания.

Входное сопротивление схемы в малосигнальном режиме найдем по входной характеристике:

.

Выходное сопротивление схемы в малосигнальном режиме определяется по соотношению U_вых=U_п – I_кR_к:

.

Расчет по характеристикам приводит к определению параметров схемы через параметры транзистора S и r_бэ режима малых сигналов. Выходное сопротивление транзистора r_кэ здесь не проявляется, так как при определении параметров схемы пренебрегают эффектом Эрли, то есть принимают r_кэ → ∞. На практике сразу, без обращения к характеристикам, переходят к расчетам с помощью эквивалентной схемы режима малых сигналов.

На рис. 2.13 представлена эквивалентная схема усилителя для режима малых сигналов с общим эмиттером, которая получается из эквивалентной схемы транзистора для режима малых сигналов , если накоротко замкнуть источники постоянного напряжения, убрать источники постоянного тока и перейти к величинам, характеризующим режим малых сигналов. Переход к режиму малых сигналов путем удаления параметров рабочей точки равнозначен замыканию источников постоянного напряжения и изъятию источников постоянного тока, так как значения постоянных напряжений и токов служат параметрами рабочей точки:

u_вх = U_вх – U_вхA , i_вх = I_вх – I_вхA ,

u_вых = U_вых – U_выхA , i_вых = I_вых – I_выхA ,

i_к = I_к – I_кA, i_б=I_б – I_бА .

Рис.2.13. Эквивалентная схема усилителя с общим эмиттером

В отсутствии резистора нагрузки R_н для схемы с общим эмиттером получаем:

,

, .

Эквивалентная схема усилителя с параметрами K₀, r_вх, r_вых показана на рис.2.14.

Рис.2.14. Эквивалентная схема усилителя

С помощью эквивалентной схемы усилителя можно определить коэффициент усиления с учетом R_г и R_н в режиме м алого сигнала:

.