13.1.3 Режимы работы усилительных каскадов

В зависимости от положения рабочей точки в состоянии покоя на характеристиках транзисторов и значения усиливаемого напряжения различают три основных режима работы усилительных каскадов: А, В, С. Основными характеристиками этих режимов является нелинейные искажения и КПД.

Режим А характеризуется тем, что рабочую точку П выбирают на линейном участке

(посередине) входной и переходной характеристик транзистора:

Рисунок 13.9 - Диаграмма работы усилительного каскада в режиме А

Режим В характеризуется тем, что рабочую точку П выбирают в начале переходной характеристики транзистора. Эта точка называется точкой отсечки. В режиме В переменные составляющие I и U возникают лишь в положительные полупериоды входного напряжения. Режим В используют, как правило, только в двухтактных усилителях мощности и КПД →80%.

Рисунок 13.10 - Диаграмма работы усилительного каскада в режиме В

Иногда используют режим работы усилительного каскада промежуточный между режимами А и В.

Режим С характеризуется тем, что рабочую точку П выбирают за точкой отсечки и ток в транзисторе возникает только в течение некоторой части положительного полупериода входного напряжения. Этот режим сопровождается большими искажениями напряжения, но КПД устойчиво → 1. Режим С применяют в избирательных усилителях и автогенераторах, которые благодаря наличию колебательных контуров или других частотно-зависимых цепей выделяют лишь основную гармонику из несинусоидального напряжении, возникающего вследствие больших нелинейных искажений.

Рис. 13.11 - Диаграмма работы усилительного каскада в режиме С

13.1.4 Усилители напряжения

Усилительные каскады с общим эмиттером и общим истоком имеют коэффициент усиления по напряжению равный нескольким десяткам. Однако для промышленных устройств необходимы усилители с более высокими коэффициентами усиления по напряжению. В этих случаях используют многокаскадные усилители.

Применение биполярных транзисторов с резистивно-емкостной связью позволяет построить усилители на усилительных каскадах с общим эмиттером, где есть температурная стабилизация:

Рисунок 13.12 - Схема двухкаскадного усилителя напряжения

Для оценки свойств усилителя с резистивно-ёмкостной связью на разных частотах пользуются амплитудно-частотными (АЧХ) К_U=f(ω) и фазо-частотными (ФЧХ) φ=f(ω) характеристиками.

τ_В, τ_Н - постоянные времени усилительного каскада на верхних и нижних частотах. Отсюда модуль коэффициента усиления по напряжению равен

,

а аргумент, представляющий собой угол сдвига фазы между выходным и входным напряжением, равен φ = arctg[1/(ωτ_Н-ωτ_В)].

Рисунок 13.13 – Примерный вид амплитудно-фазовой характеристики (АЧХ) и фазо-частотной характеристики (ФЧХ) электронного усилителя

Снижение К_U в области нижних и верхних частот называют частотными искажениями. Часто допустимое значение искажения частотных характеристик принимают равными . Диапазон частот, в котором коэффициент частотных искажений не превышает допустимых значений - ∆f = (f_В - f_Н) - называют полосой пропускания усилителя.

Коэффициент усиления многокаскадного усилителя

К=К₁·К₂·К₃…=

Частотные искажения и угол сдвига фаз между выходным и входным напряжением возрастают с увеличением числа каскадов:

φ=φ₁+φ₂+φ₃+…

Следовательно, полоса пропускания усилителя с увеличением числа каскадов уменьшается.