4.5. Підсилення за допомогою бт

В сі три схеми вмикання БТ є підсилювачами потужності, оскільки за допомогою БТ можна ефективно керувати потужністю, яка поступає від джерела живлення в навантаження, тобто реалізувати принцип реле.

Розглянемо це на прикладі схеми із CЕ (рис. 4.9). Для нормальної роботи транзисторного підсилювача треба забезпечити необхідний режим БТ за постійним струмом. При роботі в активному режимі на емітерний перехід транзисторів подається пряма напруга, а на колекторний – зворотна. За допомогою подільника напруги R1 i R2 формується необхідна початкова напруга U_BE0. Розглянемо випадок, коли ця напруга невелика (0,1 – 0,2 В). Така, що емітерний перехід майже закритий. Напруга колектора значно більша напруги бази, а тому колекторний перехід зміщений в зво­ротному напрямі.

Струм бази І_B0, який в такій схемі керує струмом емітера, а відтак і струмом колектора, в початковому стані зовсім малий, а значить малим буде і початковий струм колектора І_C0. Навантаження може бути ввімкненим безпосередньо (послідовно) в коло транзистора замість резистора R_C або паралельно транзистору (рис.4.9). Відокремлюючі конденсатори С₁ і С₂ забезпечують передачу змінного інформаційного сигналу, але відокремлюють джерело вхідного сигналу і навантаження від підсилювача за постійним струмом.

Ц е виключає вплив попереднього і подальшого каскадів на початковий режим підсилювача за постійним струмом. В даному випадку між каскадами створюється резистивно-ємнісний зв`язок. Підсилювачі з таким зв`язком називають RC-підсилювачами. (розд. 8.2) Еквівалентна схема колекторного кола БТ показана на рис.4.10. В початковому стані мале пряме зміщення емітерного переходу забезпечує малий колекторний струм, тобто великий опір колекторного переходу r_C*. Для забезпечення такого опору необхідно двигунець потенціометра r_C* перевести в положення "А". В підсилювачах завжди r_C* > R_C. Для вихідного кола справедливі співвідношення R_н > r_C*, тобто впливом R_н можна знехтувати.

E_C = U_CE+U_RC = U_CE + I_C0R_C. Напруга на навантаженні (на транзисторі):

U_CE=U_Н=E_C - I_CR_C.

В початковому стані, якщо на базі діє напруга U_BE0, то І_CО приблизно дорівнює нулю, на колекторі транзистора і на навантаженні формується напруга U_н U_CЕ0 _C (рис.4.11). якщо на базу поступає позитивний інформаційний сигнал U_BХ, що обумовлює зростання прямої напруги на емітерному переході. Транзистор переводиться в режим насичення. Це забезпечує зростання струму колектора і значне зменшення опору колекторного переходу r_C*. Такому стану відповідає положення “В” двигунця потенціометра (рис.4.10). Струм колектора значно зростає, що збільшує падіння напруги нa R_C (U_RC). В результаті напруга на колекторі і навантаженні досягає мінімального значення U ^В_CE.

Т аким чином, керуючи струмом колектора, тобто регулюючи опір колекторного переходу r_C*, здійснюють керування потужністю, яка поступає з джерела живлення в навантаження. Емітерний перехід увімкнений в прямому напрямі, а тому керується малою напругою U_BE при малому вхідному струмі І_B. Потужність вхідного гармонічного сигналу, яка необхідна для керування станом транзистора (провідністю), визначають рівнянням Р_ВХ=0,5× ×І_mB·U_mBE, де індекс «m» вказує на амплітудні значення струму і напруги. Наприклад, у каскадах, побудованих на малопотужних транзисторах, типовими є значення І_mB =150 мкА, U_mBE = 0,2 В, тобто потужність вхідного сигналу Р_ВХ = 15 мкВт.

Колекторний перехід працює при зворотній напрузі, тому для живлення колекторного кола використовують джерела з напругами одиниць, десятків і сотень вольт. У транзисторних підсилювачах часто використовують напругу джерел живлення 9 В. Це забезпечує відповідну амплітуду вихідного сигналу. Нехай U_mCE = 4В при амплітуді колекторного струму І_mC = 15 мА, тоді керована потужність Р_ВИХ = 0,5U_mCEІ_mC = 30 мВт. У результаті коефіцієнт підсилення за потужністю

G_р = Р_ВИХ / Р_ВХ = 2000.

Таким чином, за допомогою транзистора здійснюється керування потужністю, яка поступає з джерела живлення в навантаження (згідно із зміною вхідного сигналу). Причому потужність вхідного сигналу в тисячі разів менша, ніж керована потужність на навантаженні. Так реалізується принцип реле у транзисторних підсилювачах, імпульсних та цифрових схемах.