Усилитель напряжения на биполярном транзисторе с емкостной связью

Рассмотрим динамические характеристики усилительного каскада, в котором транзистор включен по схеме с ОЭ и когда вход и выход схемы подключены к источникам смещения и .(рис 36)

Рис. 36. Схема усилительного каскада, включенного по схеме с ОЭ.

Если на вход не подан сигнал, то по второму закону Киргофа

или

Это уравнение динамического режима или уравнение нагрузочной прямой.

Принцип работы усилителя рассмотрим на примере усилительного каскада (рис. 13-7)Здесь происходит усиление, как по току, так и по напряжению.

а , следовательно , т.е. и

Рис. 37 Принцип работы усилительного каскада

Пусть на выход подаётся синусоидальный сигнал:

Если на вход подаётся положительный потенциал, то транзистор закрыт (отсечка), тогда , т.к. (см. уравнение 7.) Если на базу подаётся отрицательный потенциал (участок ав), то транзистор открыт (насыщение), тогда повторяет , но с большей амплитудой и в противофазе

Итак, при подаче на вход усилительного каскада небольшого переменного напряжения на выходе получается усиленный источником питания сигнал той же формы. Однако амплитуда не может превысить . Таким образом, имея транзистор можно при помощи маломощного источника переменного входного напряжения , управлять энергией источника питания (). Если к усилительному каскаду добавить Rб₁, а так же термостабилизирующую цепочку Rэ и Сэ, то получают полную схему одиночного усилительного каскада. (рис. 38). Также усилители имеют частотный спектр сигнала от десятков Гц до десятков кГц и называются усилителями низкой частоты (УНЧ).

Рис. 38. Схема одиночного усилительного каскада с общим эмиттером (УНЧ).

1) и - резисторы, которые образуют делители напряжения питания. Прежде чем подать на вход схемы переменное входное напряжение, необходимо обеспечить определённый режим работы транзистора по постоянному току. Эммитерный p-n – переход смещен в прямом направлнии (, а коллекторный – в обратном . Напряжение от , падающее на , создает , определяющее рабочую точку А.

Обычно . В этом случае при изменении напряжение смещения на базе остается постоянным, что обеспечивает активный режим транзистора.

Сопротивление делителя:

;

2) - резистор нагрузки, обеспечивающий режим работы транзистора. На выделяется мощность усиливаемого сигнала.

3) и - разделительные конденсаторы. не дает возможности постоянному току протекать через источник входного сигнала. - на пропускает постоянную составляющую тока в следующий усилителный каскад.

4) R_э, С_э- цепочка предназначена для термостабилизации режима работы усилительного каскада, снижает зависимость сопротивления эмиттер-база при нагреве транзистора.

Работу усилителя класса А можно пояснить рис. 39.

Пересечение, полученной нагрузочной линии и вольтамперной характеристики транзистора по заданным базовым током Iбр, определяемым величиной резистора в цепи базы Rб, задает начальное положение рабочей точки С, координаты которой характеризуют ток покоя Iкр, протекающий по цепи и падение напряжений на каждом из участков цепи (на активном сопротивлении U_Rk и на транзисторе Uкэп.

При появлении на входе усилительного каскада сигнала переменного напряжения Uвх, постоянный ток в цепи базы начнет алгебраически суммироваться с изменяющимся током входного сигнала. Рабочая точка С при этом начнет перемещаться по нагрузочной линии в пределах, определяемых амплитудой тока входного импульса. Перемещение рабочей точки С будет вызывать изменение коллекторного тока Iк и коллекторного напряжения Uкэ. Если перемещение рабочей точки не достигнет пределов, отмеченных цифрами 1 и 2 на нагрузочной линии, то усиленный ток в выходной цепи транзистора будет протекать через резистор Rk в течение всего периода изменения входного сигнала. Транзистор при этом будет работать в активной области, без отсечки или насыщения коллекторного тока. Такой режим работы транзистора называется режимом усиления малого сигнала или режимом усиления класса «А».

Рис. 39.Режимы работы усилительного каскада

Усилитель на биполярном транзисторе то же может работать в классах В и С.

Отобразим двухкаскадный усилитель напряжения (режим А) на биполярном транзисторе с емкостной связью рис. 40.

Рис. 40

Обычно сигнал, поступающий для усиления, требует определенной характеристики устройства для обеспечения неискаженности передачи спектральных составляющих сигнала. Реальный сигнал всегда состит из спектра гармонических

А

ω

Рис. 41

составляющих с мало отличающейся частотой (рис. 41). Доказывается, что искажения возникают за счет неправильности передачи амплитуды и фазы сигнала. Считается, что неискаженная передача возникает при постоянстве АЧХ и равенстве 0 либо π – ФЧХ.

Рассмотри АЧХ усиления каскада. На начальных частотах разделительная емкость представляет большое сопротивление и АЧХ постепенно нарастает до некоторого значения, которое остается неизменным достаточно в широкой области. Однако в области высоких частот начинает сказываться входная емкость, образуемая транзистором и монтажом, эта емкость снова снизит АЧХ (рис. 41). Таким образом пропускаемая область частот, определяется разделительной емкостью и емкостью С₀. Фазо-частотная характеристика приведена На рис. 42.

К_u φ

К_max

ω

0,707К_max

ω

Рис. 41 Рис. 42

Область частот ограниченная уровнем 0,707К₀ наз полосой пропускания.

Дата добавления: 2015-05-06