Лекция №6

Усилители переменного напряжения.

Назначение усилителя состоит в получении на заданном сопротивлении оконечного нагрузочного устройства требуемой мощности усиливаемого сигнала.

Среди усилителей переменного напряжения наиболее видное место занимают УНЧ, усиливающие электрические колебания в диапазоне частот от единиц Гц до десятков кГц. УНЧ применяют в радиоприемниках и радиотрансляционных устройствах, системах автоматического регулирования и телеметрии.

Напряжение на входе может меняться от долей микровольта до нескольких вольт.

Значение напряжений усиленных электрических колебаний могут быть до сотен вольт, а по мощности до сотен ватт и киловатт.

Для получения такого усиления усилители строятся по многокаскадной схеме

Error: Reference source not found

Рис. 1.

В качестве нагрузок УНЧ могут использоваться резисторы, трансформаторы, обмотки электродвигателей, динамические головки громкоговорителей и т.д.

Из трансформаторных УНЧ наибольшее применение получили усилители с ОЭ и ОИ, так как они обеспечивают наибольший коэффициент усиления при сравнительно высоким входным сопротивлением.

Схемы унч предварительного усиления.

Простейшую схему резистивного усилителя с ОЭ можно представить в следующем виде.

Error: Reference source not found

Рис. 2.

Схема с фиксированным базовым током.

Назначение элементов в схеме:

- источник постоянного напряжения за счет энергии которого происходит усиление электрических колебаний;

- сигнал электрических колебаний, который должен быть усилен;

- разделительный конденсатор, служит для предотвращения протекания постоянной составляющей тока базы через источник входного сигнала;

- сопротивление в цепи базы транзистора, обеспечивает выбор исходной рабочей точки на характеристиках тр-ра и определяет режим работы по постоянному току;

- нагрузочное сопротивление, служит для выделения усилительного сигнала электрических колебаний;

- разд. Конденсатор, служит для предотвращения протекания постоянной составляющей тока коллектора через нагрузку;

- транзистор, служит для преобразования энергии источника постоянного напряжения в энергию усиленных электрических колебаний.

Принцип работы усилителя.

Источник сигнала создает на входе усилителя переменное напряжение изменяющееся по закону

При неработающем источнике усилитель находится в режиме покоя (интервал времени 0….t), который характеризуется постоянными напряжениями;и постоянными токами;.

Изменение базового тока вызывает изменение тока коллектора и напряжения на коллекторе, причем амплитуда оказывается значительно больше амплитуды.

Рис. 3

Кроме того напряжение сдвинуто напо отношению к напряжению. Усилители у которых фаза выходного напряжения противоположна фазе входного напряжения называются инвертирующими.

Процесс работы усилителя можно отразить на входных и выходных статистических характеристиках транзистора, пользуясь понятием динамического режима работы транзистора.

Режим работы транзистора с нагрузкой называется динамическим. В этом режиме токи и напряжения на электродах транзистора не остаются постоянными, а непрерывно изменяются. Графический анализ работы усилителя начнем с построения нагрузочной прямой, положение которой на выходных статистических характеристиках тр-ра определяется уравнением динамического режима для выходной цепи.

Error: Reference source not found

Error: Reference source not found

Рис. 4

Пусть ;

Находим две точки А на оси тока и В на оси напряжений.

Для точки А должно удовлетворятся условие

Для точки В

Для получения наименьших искажений усиливаемого сигнала рабочую точку О следует располагать на средине рабочей части нагрузочной прямой. Выбранная рабочая точка О однозначно определяет отсутствие входного сигнала.

Ток базы равен значению для кривой на которой находится выбранная точка О. Установив постоянный ток базы , на входных характеристиках находим напряжения смещения.

Для получения выбранного режима необходимо в усилителях обеспечить требуемую величину тока смещения в цепи базы. Для этого и служит резистор .

Величину можно рассчитать по формуле

; ;

Достоинства: один источник питания, малое число деталей, большое сопротивление (десятки кОм.).

Недостатки: схема непригодна для работы в широком температурном диапазоне; большой разброс и нестабильность параметра делает режим работы усилителя неустойчивым.

Более эффективной является схема с фиксированным напряжением смещения.

Схема с фиксированным напряжением смещения на базе.

Error: Reference source not found

Рис. 5

В этой схеме сопротивления и, подключенные параллельно,

составляют делитель напряжения.

Сопротивление делителя определяют из очевидных соотношений:

Для повышения стабильности режима работы схемы ток выбирают в пределах

Сопротивления ивключены параллельно друг другу. Поэтому необходимо чтобы, т.е. делитель должен обладать большим сопротивлением (несколько кОм).

Для стабилизации рабочей точки на характеристиках приходится принимать различные меры.

С помощью термосопротивлений:

Error: Reference source not found

Рис. 6.

Включение терморезистора позволяет при повышении температуры уменьшить отрицательное напряжение на базе за счет уменьшения сопротивления термотранзистора.

С помощью полупроводникового диода.

Error: Reference source not found

Рис. 7.

В этой схеме диод включен в обратном направлениии, а температурная характеристика обратного тока диода должна быть аналогична температурной характеристике обратного тока коллекторного перехода тр-ра.

Наибольшеее распространение получила схема термостабилизации режима с помощью резистора включенного в цепь эмиттера.

Error: Reference source not found

Рис. 8.

Пусть по какой-нибудь причине, например при увеличении температуры, постоянная составляющая коллектроного тока возрастает. Увеличение приводитувеличениюи падению напряжения на, что в свою очередь приводит к уменьшению. Наоборот, еслиуменьшается, то уменьшается падение напряжения на, что приведет к увеличению.

Для отвода переменной составляющей тока эмиттера от , сопротивлениешунтируется конденсаторомдостаточно большой емкости (порядка десятка микрофарад).

Наиболее важные показатели характеризующие работу усилителя при малом сигнале могут быть определены графическим или аналитическим путем.

Графическим путем по входным и выходным статистичеким характеристикам можно определить следующие величины:

входное сопротивление

;

Коэффициент усиления по напряжению

;

где

;

Коэффициент усиления по току

; ;