Общие сведения. Исследование двухкаскадного транзисторного усилителя

Исследование двухкаскадного транзисторного усилителя

Любой усилитель содержит источник питания (как правило, источник постоянного напряжения), управляемый нелинейный элемент, обладающий семейством вольтамперных характеристик (транзистор, электронная лампа, операционный усилитель) и нагрузочный элемент (резистор, трансформатор и др.)

Усиление электрических сигналов осуществляется за счёт энергии источника питания, а собственно усилитель играет роль управляющего элемента, который регулирует энергию, поступающую от источника питания к нагрузке. При этом сам усилитель также потребляет от источника небольшое количество энергии.

Основными параметрами усилителя являются:

· Коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности, которые представляют собой отношение выходной величины к соответствующей входной:

· Амплитудная характеристика U _ВЫХ(U _ВХ), представляющая собой зависимость выходного напряжения от входного при постоянной частоте.

· Амплитудно-частотная характеристика K (f), представляющая собой зависимость коэффициента усиления (обычно по напряжению) от частоты входного сигнала при неизменной амплитуде синусоидального входного сигнала.

Для увеличения коэффициента усиления и улучшения характеристик усилителя используют многокаскадные усилители с трансформаторной, гальванической, или активно-ёмкостной связью между каскадами. Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов:

K = K ₁ K ₂ K ₃….

Для изменения коэффициента усиления, улучшения других характеристик (в частности, уменьшения зависимости от температуры характеристик транзисторного усилителя) или придания усилителю каких либо особых свойств используют обратные связи. Обратная связь – это воздействие части выходного сигнала на вход усилителя. Если эта часть выходного сигнала складывается с входным сигналом, то такая связь называется положительной, если вычитается из входного сигнала – то отрицательной.

Различают три основные схемы усилительных каскадов на биполярных транзисторах: с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК) и с общей базой (ОБ). В первой схеме эмиттер транзистора является общей точкой для напряжений входного и выходного сигналов. Во второй схеме такой общей точкой является коллектор, а в третьей – база.

Схема с общим эмиттером обеспечивает наибольший коэффициент усиления по мощности, но она обладает большим выходным сопротивлением, что не позволяет использовать её для нагрузки с малым сопротивлением. Схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель) имеет большой коэффициент усиления по току, а по напряжению он близок к единице. Эта схема обладает низким выходным сопротивлением и большим входным. Поэтому она часто используется в качестве выходного каскада. Схема с общей базой имеет большой коэффициент по напряжению, тогда как коэффициент усиления по току близок к единице.

Вид амплитудной характеристики транзисторного усилителя изображён на рис. 18.1а. Характеристика близка к линейной только на рабочем участке вс. На нём форма выходного сигнала почти повторяет форму входного сигнала. На начальном нелинейном участке ав уровень собственных шумов и утечек усилителя соизмерим с входным сигналом. На конечном участке сd также имеют место нелинейные искажения из-за насыщения транзистора.

Вид амплитудно-частотной характеристики представлен на рис. 18.1б. Эта характеристика изображается обычно в логарифмическом масштабе по оси абсцисс, т.е. по оси f откладывается не сама частота, а десятичный логарифм частоты. Это позволяет на одном рисунке отобразить всю характеристику при большом диапазоне изменения частоты.Уменьшение коэффициент усиления на нижних частотах объясняется влиянием разделительных конденсаторов, сопротивление которых увеличивается при уменьшении частоты. На верхних частотах коэффициент усиления уменьшается вследствие шунтирующего действия паразитных ёмкостей транзистора и монтажа. На рис.18.1б показаны:

f _Н – нижняя граничная частота, ниже которой напряжение на выходе снижается более чем в √2 раз;

f _В – верхняя граничная частота, выше которой напряжение также снижается более чем в √2 раз;

Df – рабочий диапазон частот или полоса пропускания усилителя.

Рис. 18.1

Принципиальная схема исследуемой установки изображена на рис.18.2. Двухкаскадный усилитель состоит из миниблока «Усилительный каскад с общим эмиттером» и эмиттерного повторителя, собранного на транзисторе. Разделительный конденсатор С _разд1, встроенный в миниблок на входе усилителя, позволяет избежать влияния сопротивления источника сигналов на положение точки покоя транзистора, которая задаётся делителем R 1, R 3. Сопротивление на входе R 2 служит для ограничения входного тока и вместе с шунтирующим конденсатором С 2 – для подавления высокочастотных самовозбуждений. Резистор R 5 образует отрицательную обратную связь для уменьшения коэффициента усиления и повышения температурной стабильности усилителя. Конденсатор С _ОС, устанавливаемый снаружи миниблока, позволяет исключить отрицательную обратную связь для переменного напряжения и тем самым увеличить коэффициент усиления. При этом отрицательная обратная связь сохраняется для постоянного и низкочастотного сигналов. Разделительный конденсатор С _разд2 на выходе второго каскада усилителя служит для выделения переменного сигнала на нагрузке R _Н.

Рис. 18.2

Для наблюдения формы входного и выходного сигналов в схему включён осциллограф, по которому можно заметить искажения выходного сигнала при слишком большом уровне сигнала на входе.

Для измерения входного и выходного напряжений служит миниблок «Измерительный преобразователь» («ИП»). Постоянное напряжение на его выходе равно действующему значению синусоидального напряжения на входе. Непосредственное измерение синусоидального напряжения мультиметром в данной работе невозможно, так как его частотный диапазон ограничен от 40 до 400 Гц. К этому миниблоку необходимо подвести питание + и – 15 В, а также подсоединить к нему общую точку источника 0. В ходе работы входной зажим Измерительного преобразователя подключается в контрольным точкам КТ1, КТ2, КТ3, а вольтметр постоянного напряжения всегда остаётся подключённым к выходным зажимам Измерительного преобразователя, необходимо только переключать пределы измерения мультиметра в соответствии с уровнем измеряемого напряжения.

Дата добавления: 2015-06-04