У залежності від вибору робочої точки на прохідній динамічній характеристиці транзистора розрізнюють три основних режими роботи підсилювального каскаду: а, в і ав.

Для роботи каскаду в режимі А на базу подається така напруга зміщення, щоб робоча точка Р, яка визначає початковий стан схеми при відсутності вхідного сигналу, розміщувалась приблизно на середині прямолінійної дільниці характеристики (рис. 2, а). У цьому режимі напруга зміщення UБЕр по абсолютній величині завжди більше амплітуди вхідного сигналу (UБЕр > Umвх), а струм спокою ІКр завжди більше амплітуди змінної складової вихідного струму (ІКр > ІКm). Тому в режимі А при подачі на вхід каскаду синусоїдної напруги у вихідному ланцюгу буде протікати струм, що змінюється також по синусоїдному закону. Це зумовлює мінімальні нелінійні спотворення сигналу. Однак цей режим є найменш економічним. Справа в тому, що корисної є тільки та потужність, яка виділяється у вихідному ланцюгу за рахунок змінної складової вихідного струму, а споживана потужність визначається значно більшою величиною постійної складової. Тому к.к.д. підсилювального каскаду в режимі А становить лише 20-30 %. Звичайно в цьому режимі працюють каскади попереднього підсилення або малопотужні вихідні каскади.

У

Рис. 2. Графіки роботи підсилювального каскаду в режимі: а) А; б) В; в) АВ.

режимі В (мал. 2, 6) робоча точка вибирається так, щоб струм спокою був рівний нулю. При подачі на вхід сигналу струм у вихідному ланцюгу каскаду протікає тільки на протязі половини періоду зміни напруги сигналу. У цьому випадку вихідний струм має форму імпульсів з кутом відсічки (кутом відсічки прийнято називати половину тієї частини періоду, протягом якого проходить струм). Режим В характеризується високим к.к.д. підсилювача (60-70 %), так як постійна складова вихідного струму значно менше, ніж в режимі А.. Однак режим В характеризується великими нелінійними спотвореннями сигналу, внаслідок чого цей режим використовується головним чином у потужних двотактних каскадах.

У деяких випадках використо­вують проміжний режим підсилен­ня АВ, який характеризується ку­том відсічки в 120 ...130 ел. град., і меншими нелінійними спотворен­нями, але виявляється економічнішим, ніж режим підсилення А .

Початкове зміщення і положен­ня робочої точки в транзисторі, що

працює в режимі підсилення С, відповідає режиму відсічки з кутом від­січки . Цей режим найекономічніший (к.к.д. 85 %), оскільки, при відсутності підсилюваного сигналу транзистор практично не спо­живає енергії. Режим С використовують у підсилювачах-формувачах, які працюють при перевищенні вхідним сигналом деякого порогового значення, а також в автогенераторах.

Основними технічними показниками підсилювача є: коефіцієнти підсилення (по напрузі, струму і потужності), вхідний і вихідний опір, вихідна потужність, коефіцієнт корисної дії, номінальна вхідна напруга (чутливість), діапазон частот, що посилюються, динамічний діапазон амплітуд і рівень власних спотворень, а також показники, що характеризують нелінійні, частотні і фазові спотворення сигналу, що посилюється.

Коефіцієнт підсилення. Цей параметр визначається відношенням напруги або струму (потужності) на виході підсилювача до напруги або струму (потужності) на його вході, як змінився сигнал порівняно із вхідним.

, ,

Вхідний і вихідний опір. Вхідний опір підсилювача в будь-якому випадку є опір між вхідними затисками підсилювача. Він рівний .

Вихідний опір Rвих визначають між вихідними затисками підсилювача при відключеному опорі навантаження Rн.

У залежності від співвідношення внутрішнього опору джерела Rг і вхідного опору підсилювача Rвх джерело сигналу може працювати в режимі холостого ходу (Rвх>>Rг) короткого замикання (Rвх<<Rг) і узгодження (Rвх=Rг). Аналогічні режими роботи можливі і для вихідного ланцюга (Rн>>Rвих - холостий хід; Rн<<Rвих - коротке замикання; Rн=Rвих - узгодження). Відповідно до цього розрізнюють як для вхідної, так і для вихідного ланцюга режими підсилення напруги, струму і потужності.

Вихідна потужність. При активному характері опору навантаження вихідна потужність підсилювача рівна .

де Uвих - діюче, а Umвих - амплітудне значення вихідної напруги. Вихідна потужність - це корисна потужність, що розвивається підсилювачем в навантажувальному опорі. Збільшення вихідної потужності підсилювача обмежене спотвореннями, які виникають за рахунок нелінійності характеристик підсилювальних елементів при великих амплітудах сигналів. Тому частіше за все підсилювач характеризують максимальною потужністю, яку можна отримати на виході при умові, що спотворення не перевищують заданої (допустимої) величини. Ця потужність називається номінальною вихідною потужністю підсилювача.

Коефіцієнт корисної дії. Цей показник особливо важливо враховувати для підсилювачів середньої і великої потужності, оскільки він дозволяє оцінити їх економічність. Численно к. к. д. рівний ,

Номінальна вхідна напруга (чутливість). Номінальною вхідною напругою називається напруга, яку треба підвести до входу підсилювача, щоб отримати на виході задану потужність.

Діапазон частот, що посилюються. Діапазоном частот, що посилюються, або смугою пропускання підсилювача, називається та область частот, в якій коефіцієнт підсилення змінюється не більше, ніж це допустимо по технічних умовах.

Рівень власних перешкод підсилювача. Динамічний діапазон амплітуд. Причини виникнення перешкод на виході підсилювача різні. Їх можна розділити на три основні групи: 1) теплові шуми, 2) шуми підсилювальних елементів, З) перешкоди через пульсацію напруги живлення і наведень з боку зовнішніх електричних і магнітних полів.

Величина загальних перешкод на виході підсилювача повинна бути значно меншою напруги підсиленого сигналу, в іншому випадку з напруги перешкод, що хаотично змінюється не можна буде виділити корисний сигнал. Звичайно вважають, що корисний сигнал повинен перевищувати рівень перешкод не менш ніж в 2-3 рази (на 6-10 дБ).

Г

Рис. 3

рафічна залежність амплітуди (або діючого значення) вихідної напруги підсилювача від амплітуди (або діючого значення) його вхідної напруги на деякій незмінній частоті сигналу отримала назву амплітудної характеристики (мал. 3).

Відношення амплітуд найбільш сильного і найбільш слабого сигналів на вході підсилювача називають динамічним діапазоном амплітуд D. Динамічний діапазон звичайно виражають в децибелах.

САМОСТІЙНА ПІДГОТОВКА ДО ВИКОНАННЯ

ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ.

1. Записати до протоколу паспортні дані приладів.

2. Дайте письмову відповідь на одне із запитань (згідно варіанту).

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ.

1. З ібрати схему (рис. 4).

Р ис. 4. Схема для дослідження підсилювача.

2. Після перевірки схеми викладачем приступають до її апробації. Для цього включають джерело живлення до підсилювача і подають на його вхід напругу Uвх (порядка - В) від звукового генератора. З допомогою вольтметра та осцилографа, які під’єднані до виходу підсилювача, перевіряють наявність напруги на виході схеми. При незмінній частоті генератора f=1000 Гц змінюють величину опору Rн і спостерігають за змінами напруги на виході схеми.

Регулюючи частоту звукового генератора (при незмінній напрузі на вході підсилювача), стежать за показами вольтметра, впевнюючись у можливості зняття частотної характеристики.

3. Зняти навантажувальну характеристику підсилювача .

Для цього установлюють частоту звукового генератора f=1000 Гц, а напругу на вході підсилювача Uвх порядку В. Підключають до виходу схеми вольтметр і, змінюючи опір навантаження від Rнmin до Rнmax, знімають покази вольтметра. Проводять 5-7 вимірів. Дані вимірювань заносять до таблиці 1.

3. Зняти частотну характеристику підсилювача .

Для до виходу підсилювача підключають навантаження Rн (за вказівкою викладача) та вольтметр. Змінюючи генератором частоту вхідного сигналу від 20 Гц до 20 кГц, знімають 12-15 значень частоти та напруги вихідного сигналу. Дані записують до таблиці 2.

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ.

1. Який пристрій називають вихідним транзисторним підсилювачем?

2. Яка відмінність між підсилювачем напруги, струму та потужності?

3. Які особливості має схема двотактного вихідного каскаду транзисторного підсилювача низької частоти?

4. Чим визначається режим роботи двотактного вихідного каскаду транзисторного підсилювача і в яких режимах він може працювати?

5. Як вибирається величина напруги джерела живлення для двотактного вихідного каскаду транзисторного підсилювача в режимі В?

6. Як пояснити збільшення к.к.д. каскаду, який працює в режимі В?

7. З якою метою у вихідних каскадах часто використовуються транзистори з радіаторами?

8. Назвіть причини виникнення частотних і нелінійних спотворень у двотактних транзисторних підсилювача низької частоти?

9. Чому розділові конденсатори в схемах транзисторних підсилювачів низької частоти частіше всього електролітичні?

10. Поясніть фізичний зміст поняття “оптимальний опір навантаження” підсилювального каскаду.