2.2. Принцип построения усилительных каскадов.
Многие усилители состоят из нескольких ступеней, осуществляющих последовательное усиление сигнала и называемых каскадами. Число каскадов в многокаскадных усилителях зависит от требуемых значений коэффициентов усиления. В зависимости от выполняемых функций, усилительные каскады подразделяются на каскады предварительного усиления и выходные каскады. Каскады предварительного усиления предназначены для повышения уровня сигнала по напряжению, а выходные каскады – для получения требуемых значений тока или мощности сигнала в нагрузке.
Рисунок 2.2
Рассмотрим принцип построения усилительного каскада на примере структурной схемы (рисунок 2.2), состоящей из управляемого элемента УЭ, функции которого выполняет биполярный или полевой транзистор и резистора R. Совместно с напряжением питания Е эти элементы образуют выходную цепь каскада. Усиливаемый сигнал Uвх., принятый для простоты синусоидальным, подаётся на вход УЭ. Выходной сигнал снимается с выхода УЭ или с резистора R. Он создаётся в результате изменения сопротивления УЭ и, следовательно, тока в выходной цепи под воздействием входного напряжения. Процесс усиления основывается на преобразовании энергии источника постоянного напряжения Е в энергию переменного напряжения в выходной цепи за счёт изменения сопротивления УЭ по закону, задаваемому входным сигналом.
Ввиду использования для питания источника постоянного напряжения Е, ток I в выходной цепи каскада является однонаправленным. При этом переменный ток и переменное напряжение выходной цепи, пропорциональные току и напряжению входного сигнала, следует рассматривать как переменные составляющие тока и напряжения, накрадывающиеся на их постоянные составляющие In и Un, причём обязательно, чтобы In≥Im, а Un≥Um. Если эти условия выполняться не будут, то ток в выходной цепи на отдельных интервалах будет равен нулю, что приведёт к искажению формы выходного сигнала. Таким образом, для обеспечения работы усилительного каскада при переменном входном сигнале в его выходной цепи должны быть созданы постоянные составляющие тока In и напряжения Un. Задачу решают путём подачи во входную цепь каскада помимо усиливаемого сигнала постоянного напряжения Uвхn или создания постоянного входного тока Iвхn.
Постоянные составляющие тока и напряжения определяют режим покоя усилительного каскада. Параметры режима покоя по входной цепи (Iвхn Uвхn,) и по выходной цепи (In, Un) характеризуют электрическое состояние схемы в отсутствии входного сигнала.
Усилительные свойства каскадов усиления основываются на следующем. При подаче на управляемый элемент напряжения входного сигнала в токе выходной цепи создаётся переменная составляющая, вследствие чего на управляемом элементе образуется аналогичная составляющая напряжения, превышающая переменную составляющую напряжения на входе.
Показатели усилительных каскадов зависят от способа включения транзистора, выполняющего роль управляемого элемента: с общим эмиттером, общим коллектором, общей базой.