Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Смещение и точка покоя транзистора

До сих пор мы предполагали, что напряжение источника входного сигнала положительно и больше, чем напряжение база-эмиттер транзистора. Рассмотренные схемы усилителей (рис. 3.5, 3.8) будут нормально работать только при этом условии. Однако, напряжение входного сигнала чаще всего бывает переменной полярности.

Чтобы усиливать также и отрицательные полуволны напряжения и тока, нужно пропустить в цепи база-эмиттер постоянный ток от дополнительного источника - ток смещения базы, или ток покоя базы i _б0. Этот ток будет задавать некоторый постоянный уровень тока коллектора i _к0 - ток покоя коллектора (рис. 3.10), а также соответствующие уровни выходного напряжения и тока - так называемую рабочую точку транзистора. Ее еще называют точкой покоя. Транзистор находится в рабочей точке при отсутствии сигнала на входе усилителя.

Ток входного сигнала суммируется с током смещения базы, вызывая увеличение тока коллектора при положительном входном сигнале и уменьшение тока коллектора при отрицательном входном сигнале. Таким образом, происходят колебания тока коллектора, а также тока и напряжения выхода усилителя вокруг точки покоя (рис. 3.10). Точку покоя обычно выбирают посередине между режимами отсечки и насыщения, чтобы обеспечить максимальную амплитуду сигнала на выходе усилителя. Ток нагрузки эмиттерного повторителя при этом равен половине от максимально возможного (от тока в режиме насыщения), а напряжение на выходе усилителя напряжения равно половине напряжения источника. Такой усилитель называется усилителем класса А.

В качестве источника тока смещения базы обычно используют делитель напряжения. На рис. 3.11 этот делитель образуют резисторы R ₁ и R ₂.

Рис. 3.11. Усилительный каскад на биполярном транзисторе.

Рис. 3.12. Эквивалентная схема каскада.

Усилительный каскад, как правило, отделен по постоянному току от источника входного сигнала и от нагрузки усилителя конденсаторами С _вх. и С _вых. Благодаря этим конденсаторам вход и выход усилителя не влияют на рабочую точку транзистора. Емкость этих конденсаторов выбирается достаточно большой - такой, чтобы сопротивление конденсатора С _вх. на рабочих частотах было намного меньше, чем входное сопротивление усилителя, а сопротивление конденсатора С _вых. было намного меньше, чем выходное сопротивление усилителя. То есть, начиная с некоторой частоты, конденсаторы должны легко пропускать переменную составляющую тока.

Конденсатор С _э обычно также присутствует в схеме каскада. Он уменьшает полное сопротивление цепи эмиттера, что в соответствии с рассуждениями, использованными для анализа усилителя напряжения, увеличивает коэффициент усиления каскада по напряжению. Сопротивление конденсатора С _э должно быть намного меньше сопротивления R _э: .

Для расчета входного и выходного сопротивления каскада нарисуем эквивалентную схему каскада для переменного тока рис. 3.12. При этом будем пренебрегать малыми сопротивлениями конденсаторов.

Как и у простейшего усилителя напряжения, выходное сопротивление каскада равно R _к.

Как и у эмиттерного повторителя, входное сопротивление транзистора со стороны базы равно (1+β) R _э. Оно велико по сравнению с сопротивлением резисторов делителя R ₁ и R ₂, и оно включено параллельно с R ₁ и R ₂, поэтому входное сопротивление каскада примерно равно сопротивлению параллельно включенных резисторов R ₁ и R ₂: .

Зная входное и выходное сопротивления каскада, получаем требования к конденсаторам С _вх. и С _вых.: , .

Дата добавления: 2015-06-04