Лекции

PBX U12 RBX – мощность во входной цепи. В результате выражение для коэффициента усиления по мощности запишется в виде

ражение коэффициента усиления по мощности через коэффициент усиления по току:

Примечание: Упрощенно, если RH достаточно мало, выражения искомых параметров могут быть получены в виде: Ki h21;

RГ h11; KP U22RBX U12RH U2I2U1I1 KuKi .

2.4.ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА УСИЛИТЕЛЕЙ С РАЗЛИЧНЫМИ

СХЕМАМИ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ

2.4.1.Расчет каскада на биполярных транзисторах (БТ)

собщей базой (ОБ)

Простейшая схема такого усилителя показана на рисунке 2.8.

Eэ

Рис. 2.8

–+

Eб

Рис. 2.9

Усилитель с ОЭ имеет значительно большее входное сопротивление Rвх по сравнению со схемой с ОБ, а выходное сопротивление Rвых меньше, чем в схеме с ОБ. Усиление по току много больше единицы, а усиление по напряжению примерно такое, как и в схеме с ОБ. Усиление по мощности в схеме с ОЭ намного больше, чем в схеме с ОБ за счет большего Ki. С ростом Rн=Rк Ki const, а Ku растет. Напряжение на выходе отличается от входного по фазе на 180°, т. к. приращение напряжения во входной цепи вызывает противоположное по знаку приращение напряжения в выходной цепи.

2.4.3.Расчет каскада на биполярных транзисторах (БТ)

собщим коллектором (ОК)

Простейшая схема такого усилителя приведена на рисунке 2.10. Во входную цепь, которой в данном случае является цепь базы, включен источник сигнала с внутренним сопротивлением RГ. Выходная цепь – это цепь эмиттера, в нее включено сопротивление нагрузки Rэ=Rн. Расчет произведен для того же транзистора и того же режима работы, что и в предыдущих случаях. Значения h-параметров, пересчитанные для схемы с ОК, следующие: h11к = h11э = 350 Ом, h21к=

=–I/(I+h21б) = –12,5; h12к = I; h22к = h22э = 12,5·10-6; hк = –h21к =

=12,5. Полагая RГ = 500 Ом, Rэ = 1 кОм, получим: Ki = h21к = –12,5;

RВХ = h11к – h21кRн = 12,85 кОм; Ku = –h21кRэ/RВХ = 0,975; RВЫХ =

(h11к+RГ hк+h22кRГ) = 68 Ом; Kр = KuKi = 12,1.

То есть в схеме с ОК (эмиттерный повторитель) входное сопротивление RВХ велико, а выходное сопротивление RВЫХ мало.

требуемого положения рабочей точки покоя, а Rэ осуществляет коррекцию рабочей точки при изменении температуры. Сэ исключает обратную связь по переменному току. Сопротивление нагрузки Rн включено через разделительную емкость С2, чтобы постоянная составляющая тока коллектора не протекала через него.

Рис. 2.11

Делитель R1, R2 снижает входное сопротивление каскада, т.к. сопротивления R1 и R2 включены параллельно входу. В результате с учетом делителя входное сопротивление каскада определяется в соответствии с выражением

где R R1R2 R1 R2 , а RBX h11Э hЭRH I h22ЭRH h11Э.

Обычно R1 и R2 берут на порядок больше RВХ. Сопротивление Rэ, зашунтированное Сэ, не влияет на входное сопротивление и усиление каскада. При отсутствии Сэ сопротивление Rэ вносит отрицательную обратную связь по переменному току, тем самым увеличивает RВХ и снижает коэффициент усиления по току и напряжению. При отсутствии Сэ входное сопротивление находится по выражению RВХ h11э+(I+h21э)Rэ при малых Rэ, а при больших Rэ получаем RВХ I+h21э)Rэ.

Результирующее сопротивление нагрузки RH по переменному току в усилителе по схеме 2.11 определяется параллельным вклю-

2.4.6.Практическая схема усилителя с общим коллектором ОК

Схема усилителя с общим коллектором (эмиттерный повторитель) показана на рисунке 2.13. Нижнее плечо делителя R1, R2, определяющего рабочую точку, показано пунктиром, т. к. часто не вводится, чтобы не уменьшать входное сопротивление, являющееся в этой схеме основным параметром. Входное сопротивление уменьшается и за счет параллельного включения Rэ и Rн.

–Ек

Рис. 2.13

Выходное сопротивление RВЫХ зависит от Rэ, RГ, и Rн. Коэффициент усиления по напряжению несколько меньше единицы. Сопротивление R1 определяет ток базы. Коэффициент усиления по току уменьшается, т.к. в нагрузку Rн ответвляется только часть то-

ка Iвых.

С целью повышения коэффициента усиления по току и входного сопротивления при сравнительно малых сопротивлениях нагрузки Rн эмиттерный повторитель выполняют на так называемом составном триоде (рис. 2.14).

Здесь ток, усиленный транзистором VT1, дополнительно усиливается транзистором VT2, и коэффициент усиления по току может составить несколько тысяч. Входное сопротивление при этом растет.

мощности. При этом отдельные каскады соединяют последовательно с помощью тех или иных цепей связи. В зависимости от вида цепей связи различают следующие типы усилителей: реостатноемкостные (с RC-связью), где в качестве цепи связи используются сопротивления и емкости; с трансформаторной связью, где в качестве цепей связи используются трансформаторы; усилители, в которых связь осуществляется с помощью колебательных контуров с целью получения требуемой частотной характеристики; усилители постоянного тока, где элементами связи служат сопротивления, батареи или другие элементы, обеспечивающие связь по постоянному току.

Коэффициент усиления в многокаскадных усилителях теоретически равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов.

Следует отметить, что вообще классификация усилителей чрезвычайно обширна и может производиться по различным признакам. К примеру, можно производить классификацию по частотным свойствам: усилители низкой частоты, высокой частоты, резонансные, видеоусилители и т.д.; усилители по виду физической величины, подлежащей усилению: усилители тока, напряжения, мощности; по режиму работы транзисторов: А, В, С и др.; по виду применяемых приборов и т.д.

Понятно, что последовательное включение каскадов приводит к влиянию последующих каскадов на предыдущие, причем это влияние может быть весьма сильным и разнообразным по своему характеру. Ниже будет приведен анализ такого влияния на примере усилителя с RC-связью.

2.5.2. Полупроводниковые усилители с RC-связью

При выборе типа каскада, т.е. с ОБ, ОЭ и ОК, следует помнить, что в случае малых сопротивлений нагрузки (Rн<1 кОм) обычно более предпочтительна схема с ОК, а при больших сопротивлениях нагрузки (Rн>200 кОм) – схема с ОБ. При остальных, т.е. промежуточных значениях Rн, наиболее целесообразна схема с ОЭ. Дополнительные сведения, которые могут повлиять на выбор схемы, – это требуемый коэффициент усиления, коэффициент нелинейных искажений, требуемый частотный диапазон, характер АЧХ ФЧХ и т.д.