26

На практике чаще используют нормированную переходную характеристику

. (1.20)

Переходную характеристику особенно широко применяют для анализа усилителей импульсных сигналов.

Следует указать, что частотная, фазовая и переходная характеристики линейной системы жестко связаны между собой. Характер одной из

них, например частотной, однозначно определяет остальные две: фазовую (равенство (1.13)) и переходную [1]:

(1.21)

где h( p) – изображение переходной функции h( t ) по Лапласу;

M( p) – изображение частотной характеристики по Лапласу, полу­чаемое из частотной характеристики M( j ) заменой j оператором р.

1.2.9. Входное и выходное сопротивления

Усилитель характеризуется входным R_вх и выходным R_вых сопротивлениями, для низких частот (см. рис. 1.1):

. (1.22)

От соотношения величин R_вх и R_г зависит доля мощности источника сигнала, передаваемая на вход усилителя, а от соотношения R_вых и R_н – доля мощности усилителя, поступающая в нагрузку.

2. Усилительный каскад предварительного усилителя унч

2.1. Способы включения усилительных (активных) элементов

При изучении транзисторов были рассмотрены три возможных способа включения транзистора в электрической цепи: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК). По способу включения активного элемента (транзистора) возможны три разновидности (типа) усилительных каскадов с существенно различными свойствами. Однако наибольшее распространение получили каскады, в которых транзистор включен с общим эмиттером (ОЭ). Эти каскады получили также (кроме ОЭ) название усилительных каскадов с коллекторной нагрузкой. Каскад с коллекторной нагрузкой (каскад ОЭ) будет рассмотрен подробно.

Каскады с другими способами включения транзистора (ОБ и ОК) используются сравнительно редко, в специальных случаях. Поэтому каскады ОБ и ОК будут рассмотрены кратко (каскад ОК – в разделе «Обратная связь в усилителях»).

2.2. Усилительный каскад с коллекторной нагрузкой

Одиночный каскад составляет основу любого усилителя, состоящего из нескольких каскадов. Иногда усилитель состоит только из одного каскада, и тогда каскад является самостоятельным усилителем. Усилительный каскад с коллекторной нагрузкой (каскад ОЭ) самый распространенный как в дискретных транзисторных усилителях, так и в микроэлектронных усилителях (в микросхемах). Этот каскад отличается простотой схемы и в то же время позволяет получать наиболее высокие коэффициенты усиления тока, напряжения и мощности. Возможно несколько разновидностей этого каскада. На рис.2.1,а приведена наиболее простая (с минимальным количеством деталей) электрическая принципиальная схема (в дальнейшем – просто схема) каскада с фиксированным постоянным током базы (разновидность каскада). Смысл понятия «фиксированный ток» будет раскрыт позднее.

На схемах и в натуре, как правило, используется однопроводная (несимметричная) передача электрических сигналов и потенциалов (постоянных и переменных), когда один вывод источника сигнала, источника питания и схемы соединяется с корпусом (корпус обычно соединяется с землей) и принимается за нуль. Второй вывод является потенциальным, по нему и передаются электрические сигналы и потенциалы. При этом все электрические потенциалы отсчитываются относительно общего провода (корпуса, земли).

e_г

На схемах указывается не источник питания, а только точка (клемма), к которой подключается потенциальный вывод источника питания (второй вывод соединяется с корпусом), величина и знак потенциала в этой точке в вольтах, например, «-15 В» или «+20 В». Это означает, что в указанную точку нужно подключить напряжение -15 В (или + 20 В). В учебной литературе часто указывается не численное значение, а «-Е_п» или «+Е_п» (когда численное значение в вольтах несущественно).

U₂

+E_п

e_г

а б

Рис. 2.1

Нагрузка R_к на рис. 2.1,а включена в коллекторную цепь (отсюда и название). Источник питания (-Е_п), резистор R_к, коллектор и эмиттер транзистора образуют главную цепь каскада (ее часто называют выходной цепью). В этой цепи формируется усиленный сигнал за счет изменения тока коллектора I_к под управлением входного сигнала. Входная цепь, подключённая к базе транзистора, является цепью управления каскада. Источник усиливаемого сигнала с ЭДС е_г и внутренним сопротивлением R_г подключается к цепи управления (входной цепи) каскада и управляет током I_к в выходной цепи.

Однако такое включение нагрузки, как на рис. 2.1,а, возможно только в том случае, если в нагрузке допустимо протекание постоянного тока коллектора. Если постоянный ток не допустим в нагрузке, то нагрузка R_н подключается так, как показано на рис. 2.1,б. При этом схема немного усложняется. Главная же цепь (-Е_п, R_к, коллектор-эмиттер) остается неизменной. Следует иметь в виду, что вариант, показанный на рис. 2.1,б, наиболее распространен, при этом нагрузкой каскада часто является вход следующего каскада.

Остальные элементы (детали) схемы выполняют вспомогательную роль. Так, конденсатор С_р1 предотвращает передачу постоянного потенциала коллектора транзистора в нагрузку, а конденсатор С_р – передачу постоянного потенциала базы транзистора в источник сигнала, а также шунтирование базовой цепи транзистора источником сигнала (источником сигнала может быть обмотка датчика или трансформатора, тогда обмотка просто зашунтирует базу транзистора по постоянному току на корпус). Резистор R₁ обеспечивает необходимый режим транзистора по постоянному току (режим покоя).