2.2 Назначение элементов

Источником энергии для каскада на биполярном транзисторе проводимости n-p-n (рисунок 2.1) служит источник напряжения Е.

Резистором R_K задаются ток и потенциал коллектора.

Резисторы R₁ и R₂ образуют делитель напряжения для фиксации потенциала базы.

Резистор R_Э необходим для стабилизации режима работы транзистора при изменении температуры. В самом деле, поскольку U₂ = const, а U_ÁÝ U₂ U Ý , то при возрастании тока I_Э возрастает U_Э и, следовательно, уменьшается U_БЭ. Снижение напряжения U_БЭ приводит к уменьшению токов коллектора и эмиттера. Таким образом, резистор R_Э создает отрицательную обратную связь в каскаде усиления. Чем больше сопротивление R_Э, тем эффективнее обратная связь, тем выше температурная устойчивость каскада. Но отрицательная обратная связь работает и под воздействием полезного входного сигнала, следовательно, при возрастании сопротивления R_Э падает коэффициент усиления.

Конденсатор C_Э, шунтируя резистор R_Э, устраняет отрицательную обратную связь для входного сигнала, но сохраняет ее для медленных изменений тока эмиттера под воздействием колебаний температуры и других дестабилизирующих факторов.

Конденсатор C₁ предотвращает шунтирование резистора R₂ внутренним сопротивлением R_Г источника сигнала.

Конденсатор C₂ пропускает на выход усилительного каскада только переменную составляющую напряжения – полезный сигнал. Конденсаторы C₁ и C₂ называются разделительными.

2.3 Методика расчета усилительного каскада

Для расчета усилительного каскада необходимо, чтобы какие-то величины были предварительно известны. Пусть это будут напряж ение источника питания E, ток коллектора I_K и диапазон частот входного сигнала ^f_min и ^f_max. Зададим напряжение на резисторе R_Э: U _Ý (0,1...0,3)E .

Поскольку I_Э  I_K, то можно вычислить сопротивление R_Э: UÝ .

R Ý 

I_Ý

Для того чтобы изменения базового тока не изменяли потенциала базы (равного напряжению U₂), необходимо, чтобы ток через делитель напряжения R₁ , R₂ значительно превышал базовый ток транзистора I_Á :

I_Ä (5...10)I_Á.

По второму закону Кирхгофа

U₂ U_Ý U_ÁÝ .

Тогда

U2 ,

R 2 

I _Ä

R1  E U2 .

I _Ä

Потенциал коллектора под воздействием входного сигнала может возрасти почти до напряжения источника E и уменьшиться почти до напряжения U_Э. Поэтому для получения максимального размаха сигнала постоянное напряжение U_К разумно задать на середине этого диапазона:

UÊ  E UÝ .

2

Тогда

RÊ  E UÊ .

I_Ê

Найдем емкости конденсаторов усилительного каскада. Конденсаторы C₁, C₂, С_Э вместе с соответствующими сопротивлениями образуют 3 фильтра верхних частот, соединенных каскадно. Если у каждого из этих фильтров частота среза ^f_Ñ , то результирующая частота среза составит: f_  ^f_Ñ  3.

Частота среза ^f_ должна быть не больше нижней частоты ^f_min в спектре входного сигнала. Пусть f  fmin.

Тогда для каждого из фильтров

f

f_Ñ .

По частоте среза ^f_Ñ можно найти емкости конденсаторов:

1

C₁  ,

2f_C( R_ÂÕ  R_Ã )

где R_ВХ – входное сопротивление усилительного каскада,

1

R_ÂÕ  ;

1/ h_11Ý 1/ R₁ 1/ R₂

R_Г – внутреннее сопротивление источника сигнала;

1

C₂  ,

2fÑ( RÂÛÕ  RÍ )

где R_ВЫХ – выходное сопротивление усилительного каскада,

1

R_ÂÛÕ  ;

RÊ 22Ý

R_Н – сопротивление нагрузки усилительного каскада,

S I^Ê . C_Ý  

2 ^f_Ñ 2 ^f_Ñ Ò

Если конденсатор C_Э не используется, то останется 2 фильтра верхних частот, и тогда f_  ^f_Ñ  2 .

Коэффициент усиления по напряжению каскада, не содержащего конденсатор C_Э, в режиме холостого хода составляет:

KU  UÂÛÕ  RÊ . UÂÕ RÝ

Если сопротивление резистора R_Э пренебрежимо мало либо резистор зашунтирован конденсатором C_Э, то в режиме холостого хода каскада:

K_U  R_Ê  S.