0. 4.1. Усилительный каскад

Принципиально работу транзисторов в качестве регулирующего элемента поясним на полевом транзисторе, включенным по схеме с общим истоком рис. 33, а.

C + E i_c i_c

R_c I_c

Т С_р1 t

С_р2 U_з

u_з u_си

u_вх R_з R_и С_ш u_вых E

а t б t

Рис. 33

Резистор R_с задает режим работы транзистора. Вместе с резистором R_и он определяет линию нагрузки (рис. 33,б), которая проходит через точки Е и I_c = Е/ (R_c + R_и). Резистор R_и создает необходимое падение напряжения на затворе транзистора, обеспечивая рабочую точку. Резистор R_з обеспечивает равенство потенциалов затвора и общей точки усилительного каскада, для этого его берут величиной около мегома. Так как в режиме усиления R_и представляет собой часть общей системы нагрузки, то его закорочивают по переменной составляющей конденсатором С_ш. Конденсатор С закорочивает источник питания Е по переменной составляющей.

Анализ работы удобно провести, используя проходную и выходную характеристики рис. 33, б.

Задав линию нагрузки, как указано выше, выберем величину резистора R_и = U_з/I_c Емкость шунтирующего конденсатора С_ш = (10 ﺒ 20)/2πνR_и, где ν низшая частота усиливаемого сигнала.

Если к затвору приложено гармоническое напряжение, то в токе стока тоже появится переменная составляющая (см. рис 33, б) этот ток вызове на выходе тоже гармоническое напряжение. При этом:

1) входной сигнал становится усиленным,

2) фаза выходного сигнала поворачивается по отношению к фазе входного на 180⁰

Отметим, усилительный каскад может строиться по схеме с общим стоком и общим затвором. Однако с общим затвором практически не применяется, а с общим стоком применяется для согласования высокоомных источников с низкоомными.

0. 4.2. Режимы работы усилительных каскадов

В зависимости от пложения рабочейц точки в режиме покоя, а так же значения усиливаемого сигнала различают три режима работы.

Режим А. Он характеризуется тем, что рабочую точку выбирают примерно посредине проходной характеристики, а амплитуда входного сигнала не выходит из линейной части характеристики, то есть режим представленный на рис. 33, б и соответствует режиму класса А.

Режим усиления класса «А» обеспечивает минимальные искажения усиливаемого сигнала, однако он неэкономичен по расходованию энергии источников питания, поскольку в этом режиме постоянная составляющая тока все время проходит через выходную цепь усилительного каскада. Поэтому транзисторные схемы, работающие в режиме усиления класса«А», применяются в основном каскадах предварительного усиления.

КПД усилителя определяется следующим соотношением

η = , где U₀, I₀ напряжение и ток покоя, в режиме класса А это соответственно U_з и I_с

Так как амплитуды тока и напряжения не превосходят значения тока и напряжения покоя, то реальный КПД не превосходит 0,35. Это достаточно низкий КПД

Режим В. Рабочую точку уводят к нижнему сгибу характеристики, а амплитуда входного напряжения чуть меньше активной части проходной характеристики, а амплитуда тока значительно превышает значения тока покоя, поэтому КПД достигает 80% (рис. 34)

i_c i_c

u_з t

u_з t

t t

Рис. 34 Рис. 35

Режим С. Он характеризуется тем, что рабочая точка выводится за пределы нижнего сгиба проходной характеристики, а амплитуда входного напряжения превышает активную часто проходной характеристики. Транзистор по существу работает в импульсном режиме (при борльшом токе напряжение равно нулю, при большом напряжении ток равен нулю). В этом режиме высокий КПД, более 90%.

Однако в режимах В и С форма входного напряжение нарушается. Восстановление формы напряжения требуется не всегда. Когда же требуется, то для восстановления формы транзистор нагружается фильтром первой гармоники (контур LC). Существуют и другие способы восстановления.