3.7. Каскади попереднього підсилення

3.7.1. Каскад попереднього підсилення на біполярному транзисторі з се

VT1

Найбільш розповсюджена схема каскаду попереднього підсилення на біполярному транзисторі з СЕ наведена на рис. 3.13.

(2) _L (4)

Рис. 3.13 - Каскадпопереднього підсилення на біполярномутранзисторі з СЕ

Розглянемо склад схеми та призначення елементів.

VT1 - біполярний транзистор - підсилюючий елемент.

R_H - навантаження, на якому виділяється підсилений сигнал.

R_K - колекторне навантаження транзистора за постійним струмом.

Е_к - джерело живлення.

Зазначимо: VT1 разом із R_K і Е_к утворюють головне коло підсилюва­ча, в якому здійснюється підсилення сигналу. Решта елементів схеми виконують допоміжну роль.

Так, дільник напруги R_:,R₂ задає режим спокою класу А, подаючи на вхід каскаду постійну напругу U .

R_£, C_E - забезпечують температурну стабілізацію режиму спокою.

3. Підсилювачі електричних сигналів

C , С₂-розділяючі конденсатори: C_t виключає потрапляння постій­ної напруги U_d на джерело вхідного сигналу; С,виключає потрапляння постійної напруги на колекторі U_OK на навантаження (конденсатори роз­діляють ланцюги за постійним струмом).

Вхідний сигнал, що підлягає підсиленню, подається на клеми (l)-(2): е - джерело вхідного сигналу; R_dx - його внутрішній опір.

Для цієї схеми необхідно дотримуватись таких співвідношень:

1

-<<R,

«R;

w«C_£

де со_н - нижня грань діапазону частот підсилюваного сигналу. Навантаження каскаду за змінним струмом

(3.11)

Я..=-

R_H+R_K

Роботу каскаду ілюструють часові діаграми, наведені на рис. 3.14.

Можна бачити, що, наприклад, при додатній півхвилі вхідної напруги із зростанням базового струму і_Б зростає і колекторний струм i^ якийу^ разів більший за і_е При цьому колекторна напруга м_А, яка дорівнює різниці між Е_к і спадом напруги на R^ знижується: у даній схемі поряд з підси­ленням сигналу має місце зміна його фази на 180 ел. град, (інверсія).

Такий підсилювач можна розрахувати аналітично за допомогою h-параметрів або на підставі фізичної моделі транзистора. Такий метод прийнятний за невеликих змін вхідного сигналу, тобто коли транзистор працює на лінійних ділянках BAX.

Більш універсальним є графоаналітичний метод розрахунку, який проводиться по вихідній динамічній характеристиці транзистора за по­стійним струмом. Крім того, використовуються вихідні статичні ха­рактеристики транзистора.

3. Підсилювачі електричних сигналів

Рис. 3.14-Часовідіаграми роботи каскадупідсиленнязСЕ

На рис. 3.15,a зображено вхідну характеристику транзистора, на рис. З.15,б-вихідні статичніхарактеристики, наякихбудуєтьсялінія навантаження за постійним струмом. Вона і е вихідною динамічною характеристикою за постійним струмом:

U_KE=E_K-I_K(R_K+R_E} (3.12)

Будується лінія навантаження за двома точками, що відповідають:

режиму X.X. транзистора - U_KE - Е_к при І_к = 0,

режиму K.3. транзистора - /_А.= Е_к/( R_K+ R_E) при U_KE = 0.

аб - лінія навантаження за постійним струмом. За її допомогою зна­ходять положення точки спокою P, яка для режиму класу А має лежа­ти посередині відрізка яб. Із вхідної характеристики знаходимо зна­чення U_OE. Тобто за допомогою лінії навантаження за постійним стру­мом, вхідної та вихідної характеристик транзистора знаходимо пара­метри, що характеризують транзистор за постійним струмом при U_e = 0. Знаючи U_oe> можна розрахувати параметри дільника напруги R_p R_y.

Щоб знайти вихідні параметри каскаду, необхідно використати лінію навантаження за змінним струмом.

Виходячи з того, що

i_K=I_OK+I_msmW, (3.13)

(3.14) (3.15)

(3.16)

(3.17)

и_к =

U_m = I,,,R,,,

т _ К

*m ~

з виразу (3 . 1 3 ) знаходимо

sincof У вираз (3.14) підставимо (3.15) і (3.16). Одержимо

Це і c вихідна динамічна характеристика транзистора за змінним струмом.

За умови: u_L, - U^_L. маємо i., = /,,,.

^J л ил л ил

Для режиму X.X.: /_Л.=0, w^ = U_OK + I_OKR_H.

За цими точками будуємо лінію вг, яка й характеризує роботу каска­ду за змінним струмом.

Визначимо основні параметри каскаду. 1. Коефіцієнт підсилення за струмом

'нт 'rn^K О Кк

(3.18)

к,=

(3.19)

2. Коефіцієнт підсилення за напругою

11 f R

U «хт * Бт**• вх

З.Вхіднийопір

n _ "ас

(3.20)

^Квх — -— •

Якщо вважати і⁼І_В (без врахування дільника R_r R

n ^Bm

Наявність дільника R_r R, знижує вхідний опір. Зверніть увагу: відносно вхідного сигналу змінного струму резистори R_t і Я, виявля­ються увімкненими паралельно: від е_дж струм тече не тільки через R, (що очевидно), а й через R_t і далі через Е_к (з опором, що дорівнює нулю - джерело напруги).

4. Вихідний опір каскаду R^ = R_K, оскільки опір транзистора з боку колектора нескінченний феально - сотні кілоом), як у джерела струму (див. розділ 2.4).

Обмеження, яких необхідно дотримуватись при розрахунку каскаду:

l)/^=(l,05H-l,2)/_;

2) (І_ок + 1 )< І_к (максимально допустимого струму транзистора);

4. (U_OK+U_m)< U_KmiK (максимально допустимої робочої напруги);

5. Р_к= I_QKU_OK< P_don (допустимої потужності).

Із розглянутого випливає, що для каскаду з СЕ: K » 1, К_и» 1 -його використовують, коли необхідно отримати якнайбільший коефіцієнт підсилення за потужністю.

Каскади з СЕ зручно сполучаються один з одним, оскільки їх вхідний і вихідний опори досить близькі.