8

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

по курсу

«Схемотехника аналоговых электронных устройств»

Часть 2. «Режимы работы усилительных элементов»

2.1. Принцип электронного усиления

Усилительным каскадом называется минимальная часть усилителя, сохраняющая его функции. Обычно подобный каскад содержит один или два усилительных элемента (транзистора) и относящиеся к нему пассивные и активные компоненты (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, транзисторы). Однотранзисторные схемы это, например, схемы с ОЭ, ОК, ОБ (рис. 2.1), а двухтранзисторные - каскоды, дифференциальные каскады, двухтактные каскады на комплиментарных транзисторах.

Простейшая схема усилительного каскада представлена на рис. 2.2, а. Эта схема содержит транзистор VT. В цепи коллектора транзистора последовательно включены источник напряжения питания Еп и резистор нагрузки Rк. Последовательно в цепи базы транзистора включены источник напряжения смещения Uсм и источник входного напряжения Uвх.

Переменная составляющая коллекторного тока протекает через Rк и создает на нем падение напряжения. Это напряжение может передаваться во входные цепи последующих каскадов или элементы нагрузки, если оно передается через разделительные конденсаторы.

Рис. 2.1

Выходное напряжение может непосредственно сниматься с RK, если оно снимается совместно с постоянной составляющей выходного сигнала. В этом случае разделительные цепи в виде конденсаторов не используются.

Рассмотрим работу усилительного каскада. В исходном состоянии Uвх=0. К базе транзистора прикладывает только напряжение смещения Uсм, которое обеспечивает протекание необходимого коллекторного тока Iко (ток покоя) и падение необходимого напряжения между коллектором и эмиттером транзистора. Эти ток и напряжение определяют исходную рабочую точку транзистора (Uко= Еп -Iко*Rк).

Пусть теперь на базу транзистора подается входное переменное напряжение Uвх=Umaхsin(t) (рис. 2.2,а). Это напряжение дополнительно открывает транзистор в первый полупериод и подзапирает транзистор во второй полупериод входного сигнала. В результате этого ток коллектора транзистора изменяется относительно тока коллектора в рабочей точке по закону синуса: ik=Iко+Imk*sin(t). Т.е. ток коллектора растет в первый полупериод (Iк > Iко) и уменьшается во второй полупериод (Iк < Iко) изменения Uвх. Мгновенное значение напряжения коллектор-эмиттер транзистора будет равно: uк= Еп - Rк*Iк=Uко - Umк sint, где Umк = RкImк - амплитуда его переменной составляющей.

Рис. 2.2

Таким образом, в первый полупериод изменения входного сигнала (рис. 2.2,б) uк уменьшается из-за увеличения тока коллектора Iк и падения напряжения на Rк, а во второй полупериод uк возрастает из-за уменьшения тока коллектора Iк. Благодаря большому внутреннему сопротивлению выходной цепи транзистора (мегоомы), включение резистора Rк почти не уменьшает амплитуду переменной составляющей тока коллектора. При этом транзистор выступает в роли управляемого источника тока, а сопротивление Rк - в роли преобразователя этого тока в выходное напряжение.

Процесс управления током выходной цепи коллектора транзистора можно рассматривать так же, как результат изменения его мгновенного внутреннего сопротивления постоянному току (рис. 2.2,в). В результате этого происходит постоянное перераспределение напряжения источника питания между транзистором и нагрузкой.