Главная | Обратная связь

Усилительный каскад на биполярном транзисторе

УСИЛИТЕЛИ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Усилители электрического сигнала представляют собой устройства для его усиления по напряжению, току или мощности за счет преобразования энергии источника питания в энергию выходного сигнала. Они имеют входную цепь, к которой подключается источник усиливаемого сигнала, выходную цепь, к которой подключается нагрузка, потребитель усиленного сигнала, а также цепь питания, к которой подключается источник, за счет энергии которого происходит усиление сигнала.

Рис.2.1. К определению коэффициента

усиления усилителя.

 

Основными параметрами усилителя являются:

- коэффициент усиления по напряжению

K_u = ,

где U_вх и U_вых – напряжения на входе и выходе усилителя (см. рис.2.1),

- коэффициент усиления по току

K_I = ,

где I_вх и I_вых –токи на входе и выходе усилителя;

- коэффициент усиления по мощности

K_р = = = K_u K_I,

где Р_вх и Р_вых– входная и выходная мощности.

Усилители могут работать либо в линейном, либо в нелинейном режимах. В линейном режиме мгновенные значения выходного напряжения пропорциональны мгновенным значениям входного напряжения, а, следовательно, при усилении не вносятся искажения в спектр входного сигнала. В нелинейном режиме пропорциональность между мгновенными значениями выходного и входного напряжений отсутствует и спектр выходного сигнала не совпадает со спектром входного.

По диапазону усиливаемых частот усилители разделяют на усилители постоянного тока (УПТ), предназначенные для усиления сигнала, уровень которого медленно изменяется во времени, и усилители переменного тока, которые в свою очередь подразделяются на усилители низкой частоты, усилители высокой частоты, а также на широкополосные и узкополосные усилители.

 

Усилительный каскад на биполярном транзисторе

 

Широкое применение получила схема усилительного каскада, приведенная на рис.2.2. В ней используется биполярный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером*/. Усиление осуществляется за счет преобразования энергии источника питания Е , который подключен к клеммам «Е - земля» в энергию выходного сигнала. Источник входного сигнала е_г подключен к входным клеммам усилительного каскада, а к выходным клеммам подключена нагрузка (резистор R_н).

 

 

Рис.2.2. Схема усилительного каскада ОЭ

 

Преобразование энергии источника Е в энергию усиливаемого сигнала происходит в нелинейном элементе, каким является транзистор, сопротивление которого зависит от величины входного сигнала. Поскольку резистор R включен последовательно с транзистором, то величина коллекторного тока, протекающего через этот резистор, изменяется при изменении входного напряжения. Поэтому и напряжение, снимаемое с точки «а» схемы рис.2.2, которое является выходным, также изменяется с изменением входного напряжения. Действительно, цепь, включающая транзистор, можно представить как делительную цепочку, приведенную на рис.2.3, к которой подводится напряжение Е , а с точки «а» снимается напряжение u_вых. Эти напряжения связаны между собой как

 

(2.1)

 

Поскольку напряжение Е - постоянное, то при изменении сопротивления резистора R_тр происходит изменение выходного напряжения. Можно предположить, что при переменном напряжении, подаваемом на вход каскада, сопротивление транзистора будет содержать гармоническую составляющую

R_ТР = R_ТР0 + R_ТРm sin ωt.

 

Поэтому и выходное напряжение будет изменяться с частотой входного сигнала, что иллюстрируется рис.2.3,б. Следовательно, наличие в схеме резистора R_K обуславливает усилительные свойства каскада. При отсутствии этого резистора выходное напряжение будет равно Е , т.е. не будет зависеть от входного напряжения.

 

Рис.2.3. К объяснению назначения резистора R_к в схеме

усилительного каскада:

а – эквивалентное представление цепи каскада,

содержащей резистор R_к,

б – временная зависимость напряжения u_вых,

снимаемого с точки «а»

 

Входное переменное напряжение поступает на вход транзистора через конденсатор С . Этим конденсатором устраняется влияние цепи постоянного тока усилительного каскада на работу задающего генератора. Выходное переменное напряжение, снимаемое с точки “а” схемы, как видно из рис.2.3,б, имеет постоянную и переменную составляющую. Конденсатор С обеспечивает пропускание лишь переменной составляющей напряжения от транзистора к нагрузке. Конденсаторы С и С называются разделительными.

Цепочка резисторов R и R является делителем напряжения источника питания Е и обеспечивает заданный режим базовой цепи транзистора по постоянному току (режим покоя). Этой цепочкой достигается питание входной и выходной цепей транзистора от одного источника.

Обоснование необходимости введения резистора R и конденсатора С будет проведено ниже.