3.5 Каскады усиления на биполярных и полевых транзисторах.

3.5.1 Предварительный каскад усиления на бт по схеме с оэ.

Простейшая схема усилителя (с фиксированным током базы) рис. 3.5.

Анализ работы каскада производится по ВАХ транзистора - рис. 3.6.

1. Строится линия нагрузки каскада по постоянному току (ЛНПТ), проходящая через точки (Е_K ;0), (0; I_{к макс}), I_{к макс} = Е_K/R_к

2. На ЛНПТ в центральной ее части выбирается положение точки покоя (Т.П.)

К оординаты точки покоя:

на входных ВАХ - I_БП, U_БЭП;

на выходных ВАХ - I_КП, U_КЭП.

3. Амплитуда коллекторного напряжения

U_{КЭ m} = U_КЭП - U_ОСТ

4. Входное сопротивление усилителя равно

входному сопротивлению транзистора – h₁₁

5. Выходное сопротивление R_ВЫХ = 1/h₂₂ ║ R_К

6. Коэффициент усиления по напряжению

без нагрузки (режим х.х.)

K_U = - h₂₁ R_К / h₁₁ ;

под нагрузкой

K_U = - h₂₁ R_КН / h₁₁ ,

R

Рис. 3.5

_КН = R_К R_Н / (R_К + R_Н) – нагрузка усилителя

по переменному току.

(знак ” – “ означает, что схема инвертирующая)

7 . Коэффициент усиления по току K_I = h₂₁ R_К / (R_К + R_Н)/

8. Коэффициент усиления по мощности K_P = K_U K_I .

Рис. 3.6 Работа в режиме х.х. (Rн = ∞)

3.5.2 Каскад усиления на бт по схеме с ок (эмиттерный повторитель).

Общим для входной и выходной цепи схемы

является коллектор, поскольку он через источник

питания Е_К подключен к корпусному зажиму.

(Внутреннее сопротивление источника питания

переменному току весьма мало).

Резистор R_Э выполняет также функцию ООС

с коэффициентом β = 1.

1. Входное сопротивление усилителя

R_ВХ ≈ h₁₁ + (1 + h₂₁) R_ЭН, R_ЭН = R_Э ║ R_Н

2. Выходное сопротивление

R_ВЫХ ≈ (R_Н+ h₁₁) / (1+h₂₁)

3. Коэффициент усиления по напряжению

K_U ≈ 1

4. 6. Коэффициент усиления по току

K_I = (h₂₁ + 1) R_Э / (R_Э + R_Н)

5. Коэффициент усиления по мощности K_P ≈ K_I .

6. Данная схема усилителя является неинвертирующей.

3.5.3 Каскад усиления на пт по схеме с ои.

Применяется в качестве предварительного

каскада усиления с большим входным сопротивлением.

(В схеме может быть использован ПТ с изолированным

затвором и встроенным каналом).

1. Входное сопротивление усилителя

R_ВХ ≈ R2 = (1 – 3) Мом;

2. Выходное сопротивление

R_ВЫХ ≈ R_C

3. Коэффициент усиления по напряжению

K_U ≈ μ R_CН (R_i+R_CН)

R

Рис. 4.1

_СН = R_С*R_Н / (R_С + R_Н) – нагрузка усилителя

по переменному току.

μ

Рис. 3.8

= ΔU_СИ / ΔU_ЗИ - коэффициент усиления

ПТ по напряжению

4. Данная схема усилителя является

инвертирующей.

3.5.4 Термостабилизация режима покоя усилителей.

Стабилизация температурного режима транзистора с помощью только двух резисторов R1 и R2 (резистивный делитель) хотя и обеспечивает неплохую стабильность, все же оказывается недостаточной. Поэтому режим стабилизации необходимо сделать жестче. Схема варианта усилителя, показанная на рис. 3.9 обеспечивает достаточно жесткую температурную стабилизацию режима при однополярном питании.

Ток делителя раз в 3 – 10 раз больше тока базы покоя, т.е.

Е _К / (R1+R2) = (3 – 10)·I_БП.

При этом ток базы почти не влияет на напряжение базы, которое равно

U_Б = Е_КR2 / (R1+R2).

Его выбирают от 0,1 до 0,5 Е_К - чем больше, тем лучше температурная стабилизация. Напряжение на эмиттере кремниевого транзистора будет примерно на (0,6 – 0,7) В меньше, чем U_Б и оно также жестко застабилизированно : U_Э = U_Б - 0,6 В. Ток через транзистор определяется сопротивлениями резисторов R_К и R_Э.

I_Кмакс = Е_К / (R_Э+ R_К).

Он практически не зависит от температуры. Сопротивление резистора R_К выбирают так, чтобы падения напряжения на нем и U_КЭ были примерно одинаковыми - это обеспечит максимально возможную амплитуду усиленного переменного напряжения:

R_К = (Е_К-U_Э) / (2·I_КП)

Описанный вариант стабилизации режима можно применять во всех схемах включения транзистора: с общей базой (ОБ), эмиттером (ОЭ) или коллектором (ОК). В приведенной на рис. 4.4 схеме усилителя с общим эмиттером: сигнал подается на базу транзистора через разделительный конденсатор Ср1, а снимается - с коллектора через Ср2. Конденсатор С_Э соединяет по переменному току эмиттер транзистора с общим проводом. Если его не устанавливать, возникшая за счет R_Э отрицательная обратная связь (ООС), резко снижает коэффициент усиления до значения примерно R_К/R_Э. Иногда ООС вводят намеренно, чтобы уменьшить искажения. Тогда резистор R_Э составляют из двух, последовательно включенных, и лишь один из них шунтируют конденсатором.