Апериодический (резистивный) усилитель напряжения.

Усилитель, в котором в выходной цепи электронного прибора включен резистор R, называется апериодическим или резистивным.

Эти усилители применяются для усиления напряжения в широком интервале частот. Например, усилители звуковой частоты (УЗЧ), видео усилители (ВУ).

Число каскадов усилителя зависит от требуемого коэффициента усиления:

к=к₁*к₂*к₃*…, где к₁, к₂, к₃,… - коэффициенты усиления первого, второго, третьего и т.д. каскадов соответственно.

Рассмотрим простейшие схемы однокаскадных резистивных усилителей на биполярном транзисторе.

Во всех трех приведенных схемах в выходной цепи транзистора (в цепи коллектора) включены резисторы R_к. Как известно биполярный транзистор является токовым полупроводниковым прибором, основной характеристикой которого является коэффициент передачи по току, который показывает во сколько раз изменение тока коллектора ΔI_к больше изменения тока базы ΔI_б: .

Т.е. этот биполярный транзистор является усилителем по току. Для установления необходимого режима работы биполярного транзистора на его базу подается напряжение смещения, с помощью резистора R_б на рис.1 и 2, а на рис.3 с помощью делителя напряжения R₁, R₂. фактически с помощью R_б и R₁, R₂ задается необходимый ток базы и соответственно необходимый ток коллектора.

Биполярный транзистор удобнее рассматривать как переменный резистор, изменяющий сопротивление участка эмиттер – коллектор под действием тока базы.

Рис.4

Рассмотрим принцип работы делителя напряжения.

Обычно линейный режим работы усилителя подбирается резистором цепи базы R_б или делителем напряжения R₁, R₂ в третьей схеме. Таким образом, чтобы ток, протекающий через переход база – эмиттер (этот переход включен в прямом направлении), обеспечивал сопротивление участка эмиттер – коллектор равным R_к. В этом случае падение напряжения на R_н и участке эмиттер – коллектор будут равны: U_Rк=U_Rэк.

На вход усилителя сигнал подается через разделительный конденсатор С₁, ас выхода усилителя сигнал подается через разделительный конденсатор С₂ на сопротивление нагрузки.

Наличие этих конденсаторов необходимо для исключения гальванической связи (связи по постоянному току) входа и выхода усилителя с другими элементами электрической цепи. В этом случае исключается влияние входных и выходных цепей на режим работы транзистора по постоянному току.

Линейный режим работы биполярного транзистора – режим А характеризуетсятем, что рабочая точка покоя находится на середине входной и переходной ВАХ биполярного транзистора.

Рис.5 Рис.6

Подадим на один из усилителей, показанных на рис. 1-3, переменное напряжение. Через конденсатор С₁ и p-n переход базы – эмиттер начинает протекать электрический ток, который изменяет сопротивление участка эмиттер – коллектор. В результате этого изменяется напряжение на этом участке.

Рис.7

Из приведенных графиков видно, что колебания напряжения на входе усилителя находятся в противофазе с выходным напряжением.

Коэффициент усиления однокаскадного усилителя на биполярных транзисторах может достигать величины β при правильно выбранном режиме работы транзистора. Величина β может находиться в пределах 20-1000.

Недостаток электрической схемы 1:

Известно, что параметры транзистора зависят от температуры. При изменении температуры транзистора изменяется его рабочая точка, и, как следствие нарушается линейный режим работы усилителя. Поэтому при работе транзистора в широком интервале температур применяются схемы температурной стабилизации режимов работы транзистора.

На рис. 2 показана схема коллекторной стабилизации. Резистор R_б включен в цепь коллектора транзистора. При увеличении температуры транзистора в данной схеме происходит уменьшение сопротивления участка эмиттер-коллектор. Это в свою очередь приводит к уменьшению падения напряжения на этом участке э-к и соответственно уменьшению тока базы. Ток базы приводит к увеличению сопротивления участка э-к и восстановлению рабочей точки.

Схема, изображенная на рис. 2, недостаточно эффективна. Более эффективна схема с температурной стабилизацией, показанная на рис. 3.

Принцип работы схемы 3:

Пусть температура транзистора увеличилась. Это приводит к уменьшению сопротивления участка э-к и увеличению тока в цепи эмиттера.

Падение напряжения на резисторе R_э увеличивается. Напряжение между базой транзистора и эмиттером уменьшается. Это приводит к уменьшению тока коллектора и соответственно к увеличению сопротивления участка э-к. Рабочая точка восстанавливается.

Для того чтобы переменная составляющая входного напряжения не влияла на режим работы транзистора, резистор R_э зашунтирован конденсатором С_э. Емкость конденсатора подбирается таким образом, чтобы X_Cэ<< R_э.

В усилителях различают цепи постоянного тока и цепи переменного тока.

Дата добавления: 2017-02-01