В радиоэлектронике для усиления электрических сигналов довольно часто применяются усилительные каскады, построенные на биполярных транзисторах. Наиболее популярна схема с общим эмиттером и эмиттерной стабилизацией. В этом варианте усилительного каскада напряжение на базу транзистора подаётся при помощи резистивного делителя напряжения, заданного резисторами R1 и R2 (рис. 1).
В технической литературе рекомендуется значения резисторов делителя R1 и R2 выбирать так, чтобы ток покоя делителя Iд0 в 10–20 раз превышал ток покоя базы транзистора Iб0. Однако при разработке многокаскадного усилителя на биполярных транзисторах и выборе транзисторов с коэффициентом передачи тока h21э меньше 100 следование такой рекомендации приводит к тому, что входное сопротивление каскадов уменьшается по мере продвижения расчётов от оконечного каскада к входному каскаду усилителя. Это, в свою очередь, приводит к ухудшению энергетических параметров каскадов: токи покоя коллекторных и базовых цепей растут по мере продвижения от оконечного каскада к входному каскаду усилителя, а значит растёт и рассеиваемая мощность в режиме покоя на этих каскадах. Возникает противоречие: мощность усиливаемого переменного сигнала растёт от входного каскада к оконечному, а мощность, рассеиваемая на элементах каскадов в режиме покоя, наоборот, растёт от оконечного каскада к входному каскаду усилителя.
Поэтому было решено провести исследование и выявить, как влияет соотношение тока покоя делителя Iд0 и тока покоя базы транзистора Iб0 на параметры усилительного каскада по схеме с общим эмиттером и эмиттерной стабилизацией, и действительно ли надо соблюдать рекомендацию при выборе резисторов делителя R1 и R2, указанную в технической литературе.
Для решения поставленной задачи в Multisim была собрана схема усилительного каскада с общим эмиттером и эмиттерной стабилизацией (рис. 1).
При проведении исследования соблюдались следующие условия: значения тока покоя базы Iб0, напряжения покоя базы Uб0 и напряжение покоя коллектора Uк0, должны оставаться неизменными. Значение Uк0 было задано 6 В, что составляет половину напряжения источника питания усилительного каскада. При проведении исследования значения R1 и R2 последовательно задавались такие, чтобы отношение значения тока покоя делителя Iд0(за ток делителя был принят ток, протекающий через резистор R2) к току покоя базы Iб0 было равно 1, 2, 3, …, 20. Поскольку исследование усилительного каскада проводилось с помощью интерактивного эмулятора радиосхем Multisim, то значения резисторов подбирались с достаточно большой точностью (2–3 знака после запятой), чтобы поддерживать каждый раз в схеме указанные выше токи и напряжения покоя.
Исследования проводились следующим образом. Сначала резисторами R1 и R2 устанавливались указанные выше токи и напряжения покоя с соблюдением условия, чтобы отношение значения тока покоя делителя Iд0 к току покоя базы Iб0 было равно 1, 2, 3, …, 20. Значения токов делителя Iд0 и базы Iб0 в режиме покоя измерялись с помощью пробников, соответственно, PR1 и PR2, напряжения на базе Uб0 и на коллекторе Uк0 в режиме покоя измерялось с помощью пробников, соответственно, PR4 и PR3.
Затем на вход усилительного каскада подавался синусоидальный сигнал с функционального генератора XFG1. В процессе исследования частота сигнала оставалась неизменной и составляла 1 кГц, а значения амплитуды устанавливалось последовательно 1, 3, 10 мВ. При этом с помощью измерителя коэффициента гармоник XDA1 измерялся коэффициент гармоник Kг, а с помощью осциллографа XSC1 контролировались и измерялись амплитуды напряжения входного Um вх и выходного Um вых сигналов. Затем по измеренным значениям производился расчёт коэффициента усиления напряжения
По данным измерений и расчётов построены графики, соответственно, зависимости коэффициента гармоник Kг выходного сигнала (рис. 2) и коэффициента усиления напряжения KU (рис. 3) от отношения тока покоя делителя Iд0 к току покоя базы Iб0 при заданных значениях амплитуды входного напряжения.
Анализируя зависимости, представленные на рис. 2, можно сделать вывод, что коэффициент гармоник Kг усилительного каскада не изменяет своего значения при изменении отношения тока покоя делителя Iд0 к току покоя базы Iб0 от 1 до 20 раз. Значение коэффициента гармоник Kг зависит только от амплитуды входного сигнала: чем больше входное напряжение, тем больше коэффициент гармоник Kг.
Анализируя зависимости, представленные на рис. 3, можно сделать вывод, что коэффициент усиления напряжения KU практически не изменяет своего значения при изменении отношения тока покоя делителя Iд0 к току покоя базы Iб0 от 1 до 20 раз. Значение коэффициента усиления напряжения KU очень незначительно изменяется только при самой большой в проведенном исследовании амплитуде входного напряжения 10 мВ, что связано с большим значением Kг при таком уровне входного напряжения.
Таким образом, проведенное исследование зависимости параметров усилительного каскада с общим эмиттером и эмиттерной стабилизацией от параметров делителя в базе транзистора показало, что коэффициент гармоник и коэффициент усиления напряжения каскада не зависят от отношения тока покоя делителя Iд0 к току покоя базы Iб0 в исследованном диапазоне от 1 до 20 раз. Следовательно, для того чтобы входное сопротивление каскадов многокаскадного усилителя не снижалось по мере продвижения расчётов от оконечного каскада к входному каскаду даже при использовании биполярных транзисторов с коэффициентом передачи тока h21э меньше 100, значения резисторов делителя в базе этого каскада надо выбирать такими, чтобы отношение тока покоя делителя Iд0 к току покоя базы Iб0 составляло 3–5 раз.
При воспроизведении приведенной информации не забудьте указать ссылку на канал или на первоисточник:
Медведев И.И., Осипова А.И. Новые горизонты. ⅩII научно-практическая конференция с международным участием : сборник материалов и докладов. Брянск, 2025. С. 782-786.