тических характеристик с нанесенной на него линией нагрузки для переменного тока (рис. 10-32, б) и определяют соответствующие найденным значениям тока базы пять значений коллекторного тока: /о, /макс, /мин, / и / . По этим величинам производится расчет коэффициентов гармонических

Рис. 10-31. Типичные зависннО сти коэффициента гар110ня в>

ских искажений от внутреннего сопротивления эквивалентного генератора при фиксированном входном напряжении сигнала. ОЭ - схема с общим эмиттером; ОБ - схема с общей базой.

Рис. 10-32. Графические построения, позволяющие рассчитать коэффициенты гармонических искажений в траизисторном усилителе с резистивно-емкостной связью.

а - определение формы тока базы (/ - входная характеристика транзистора; 2 - вольт-амперная характеристика эквивалентного генератора сигнала, 107=; 3 - суммарная вольт-ампериая характеристика входной цепи; 4 - синусоидальная э. д- с. эквивалентного генератора; 5 - форма тока базы транзистора); б - определение -формы тока коллектора (PQ - линия нагрузки для постоянного тока; MN - линия нагрузки для переменного тока); 6 -форма тока коллектора.

искажений с помощью формул, приведенных на стр. 489.

В приведенных на рис. 10-32 построениях не учитывается эффект детектирования, приводящий к смещению исходной рабочей точки транзистора. Степень проявления этого эффекта зависит от соотношения сопротивлений для постоянного и переменного токов во входной и выходной цепях транзистора, и его учет сильно усложняет расчеты.

Транзисторный усилитель с трансформаторной связью

В отличие от усилителя с резистивно-емкостной связью в трансформаторном усилителе транзистор может включаться по схеме как с общим эмиттером (рис. 10-33, fl), так и с общей базой (рис 10-33,6). В ломеднем случае максимально достижимое усиление несколько снижается (примерно на 10 дб), но одновременно уменьшаются частотные искажения на высших частотах (если эти искажения обусловлены транзистором). Схема с общей базой целесообразна в усилителях, работающих на повышенных частотах (десятки килогерц и выше), а также при высоких требованиях к линейности. Высокая линейность в схеме с общей базой достигается при сравнительно небольшом сопротивлении эквивалентного генератора Rr.s, и при дальнейшем увеличении Rr.s не ухудшается (см. кривую ОБ на рис. 10-31).

Применение трансформаторов для связи транзистора с цепью нагрузки и с источником сигнала дает еще более ощутимые преимущества, чем в ламповом усилителе (см. стр. 469), так как осуществляемое трансформаторами преобразование величин сопротивлений здесь является средством достижения максимального усиления по мощности и минимальных нелинейных искажений.

Коэффициент усиления по мощности одного каскада с трансформаторной связью может превышать 40 дб (10 000 раз).

В области средних частот расчет каскада с трансформаторной связью удобно производить при помощи эквивалентнвй схемы с замещением транзистора четырехполюсником (рис. 10-34, а). В качестве эквивалентных сопротивлений генератора и нагрузки выступают пересчитанное к вторичной обмотке входного трансформатора сопротивление источника сигнала

Рг.э =

(10-148)

и пересчитанное к первичной обмотке выходного трансформатора сопротивление нагрузки

Рн.э = пвыхРи. (10-149)

где Пвх и Пвых - коэффициенты трансформации, равные отношениям числа витков

-0-1 rpel

1>1 KJ

-0-Е,

Рис. 10-33. Принципиальные схемы транзисторных усилителей с трансформаторной связью.

а - транзистор включен по схеме с общим эмиттером; б - по схеме с общей базой: в-с емкостно-

трансформаторной связью.

первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки входного н выходного трансформаторов соответственно.

Рис. 10-34. Эквивалентные схемы для расчета частотных характеристик транзисторного усилителя с трансформаторной связью в области нижних и верхних частот

Динамические параметры транзистора определяются с помощью формул табл. 10-1 (ниже они отмечены штрихом) и непосредственно пересчитываются в соответствующие параметры усилителя через коэффициенты трансформации:

вх вх вх>

/?вых -

вх вых

(10-150)

(10-151)

(10-152)

/ = вх вьК (10-153) Кр = Ки К, =!Ки к, . (10-154)

В этих соотнощениях не учтены к. п. д. трансформаторов, в связи с чем истинные значения коэффициентов усиления получаются несколько меньше рассчитанных.

Максимальное усиление по мощности достигается при условии, что пересчитанное к первичной обмотке выходного трансформатора сопротивление нагрузки равно выходному характеристическому сопротивлению транзистора Нвыт. с. Последняя величина является параметром транзистора

х.с=/

(10-155)

и зависит от способа включения транзистора и от его рабочей точки. Значение Квыт.с является среднегеометрическим из выходных сопротивлений при холостом ходе (Г22)

и коротком замыкании (g-is) на входе:

/?вых.с = ]/~ (10-156)

При /?н.э=Лвы1.о коэффициент усиления по мощности

Рмакс

(10-157)

а динамическое входное сопротивление транзистора, равно входному характеристическому сопротивлению

i?;x=ax.c=-/-. (10-158)

которое можно также определить как среднегеометрическое из входных сопротивлений при холостом ходе (лп) и коротком замыкании (h\\) на выходе:

(10-159>

Указанное условие согласования на выходе /?н.а=Рвых.с достигается при коэффициенте трансформации выходного трансформатора

вых

/Рвых.с Рв

(10-160)

и не зависит от сопротивления Rr.a источника сигнала во входной цепи.

Если наряду с максимальным усилением мощности транзистором требуется обеспечить максимальную передачу мощноЛи от источника сигнала на вход транзистора, то необходимо осуществить второе согласование во входной цепи. Условие этого согласования (Rt.s=Rst) достигается при коэффициенте трансформ;:, дин входного трансформатора

(10-161)

где Явл=Рвт.с только при выполнении первого согласования.

Транзистор из-за присущей ему внутренней обратной связи малокритичен к неточному согласованию. Так, десятикратное отклонение величины Rs.s от оптимального значения Лвых.с может приводить к снижению усиления лишь на 4-5 дб [Л. 8].

В области низших частот снижение усиления обусловлено шунтирующим действием индуктивностей первичных Обмоток входного и выходного трансформаторов. Каждая из этих цепей приводится к эквивалентной схеме (см. рис. 10-34, а), а в выражение коэффициента усиления по напряжению вводится частотно-зависимый со- множитель

где Тн/ -

(йТ ,

низкочастотная постоянная времени данной цепи.

Для входной цепи

Рг + Рвх

РгР.х и для выходной цепи

LiBx (10-162)

Рвых Ь Рн.э ,

Тн.вых= -;-iiBbix. (10-163)

Рвых Рн.э

где Li вх и Li в ых - индуктивности первичных обмоток входного и выходного трансформаторов соответственно. При заданных значениях нижней граничной частоты сон и коэффициентов частотных искажений Мн.вх и Л1н.вых для каждой из трансформаторных связей необходимые индуктивности Li вх и iiBMx находятся по формулам:

, РгРвх

Рвых Рн.э

> К<.вых-Чвых+Рн.з)

(10-165)

Прн низких значениях Юн и высоких Rb. 3 можно уменьшить необходимую индуктивность первичной обмотки выходного трансформатора при шунтировании этой обмотки сопротивлением Ri, (при этом для расчета Тн. вых и Libmx вместо /?вых надо подставлять общее сопротивление параллельного соединения /?вых и Rk) или при использовании схемы с емкостно-трансформаторной связью (рис. 10-33, е). В последнем случае расчет частотных характеристик выходной цепи не отличается от расчета аналогичной схемы лампового усилителя (см. рис. 10-21, е). Применение как шунтирующего сопротивления, так и емкостно-трансформаторной связи приводит к проигрышу усиления на средних частотах по напряжению и по току примерно в

раз, а по мощности - в квад-

рат этой величины.

В области высших частот транзисторный усилитель с трансформаторной связью может обладать сложными частотными характеристиками, которые трудно анализировать в общем виде.

При высоком эквивалентном сопротивлении нагрузки (/?н.э Рвы1) часто наблюдается плавный спад коэффициента усиления вследствие шунтирующего действия выходной емкости транзистора (Св ых на рис, 10-34,6). Величина Свых зависит от схемы включения транзистора и от сопротивления эквивалентного генератора Rt. в-В схеме с общей базой

Cx(l-2)C (10-166)

(возрастает с уменьшением Rt.s), а в схеме с общим эмиттером

1 -2

(10-167)

(уменьшается с уменьшением Rt.b).

Шунтирующее действие в области верхних частот может оказывать также собственная емкость первичной обмотки выходного трансформатора Ci вых и пересчитанная в первичную цепь емкость нагрузки Сн. Высокочастотная постоянная времени, обусловливаемая наличием всех этих емкостей, составляет

Тв1 =

Рвых Рн.э Рвых Рн.э

вых + 1ВЫХ +

Сн \

вых

(10-168)

(10-164)

и ограничивает полосу усиливаемых частот при коэффициенте частотных искажений Мв