8.2. Передавальна характеристика підсилювального каскаду

Розглянемо принцип дії найпростішого підсилювального каскаду на базі транзистора п-р-п-типу, з'єднаного за схемою із загальним емітером (див. рис. 8.4). ЕРС джерела напруги Е_к набагато більша від напруги U_ке.н яка відповідає точці перегину вихідної характеристики транзистора на рис. 5.3, б, і сполучена з колекторним виводом транзистора через резистор R_к. Вхідний сигнал подається на базу транзистора (вхідна напруга и_бe, вхідний струм і₆), вихідним сигналом є напруга и_ке. Побудуємо залежність и_ке = и_ке(и_бе), яку називають передавальною характеристикою каскаду. Внаслідок збільшення напруги и_бе зростає струм і_б (див. рис. 5.3, а) і зростає струм колектора (дивись рівняння 5.1):

і_к = і_б +(3 + 1)I_кз.

Рис. 8.4 Підсилювач із загальним емітером

Внаслідок зростання струму і_к збільшується спад напруги на резисторі R_к і зменшується вихідна напруга и_ке = Е_к - i_К*R_К (рис. 8.4). Після досягнення напруги подальше збільшення и_бе не викликає зміни напруги и_ке і струму і_к оскільки транзистор вже повністю відкрився. Тому струм колектора

Таким чином, змінюючи напругу и_бе в колі малопотужного джерела живлення, можна міняти вихідну напругу и_ке в межах і струм в колі більш потужного джерела Е_к (рис. 14.4). За наявністю від'ємних значень и_бе та на ділянці І передавальної характе­ристики через транзистор тече незначний зворотний струм І_кз, а на ділянці III передавальної характеристики (рис. 8.5) і транзистор втрачає властивості керованого підсилювального елемента.

Під час роботи підсилювача на ділянці II передавальної характеристики збіль­шенню и_бе відповідає зменшення и_ке. Отже, приріст вихідного сигналу має знак, протилежний приросту вхідного сигналу. Такий підсилювач називають інвертуючим.

На рис. 8.5 показані часові діаграми довільного двополярного вхідного сигналу и_бе(t) і вихідної напруги и_ке(t) для різних режимів (класів) підсилення. Під час роботи в класі підсилення В и_6е = и_вх. Нелінійність передавальної характеристики приводить до того, що на вихід передається сигнал тільки однієї полярності (и_6е > 0) і тільки тоді коли и_бе виходить за межі ділянки І передавальної характеристики. Якщо використати підсилювач класу В для підсилення двополярного сигналу, то форма вхідної напруги під час передачі буде спотворюватися, а частина інформації безповоротно втрачатися.

Під час роботи в класі підсилененя А на вхід підсилювача одночасно з вхідним сигналам и_ех(t) подається також постійна напруга зміщення, так що и_бе = и_вх + U_зм (рис. 8.5). Завдяки зміщенню вхідний сигнал практично без спотворень відтворюється на виході, якщо значення и_бе завжди відповідають ділянці II передавальної характеристики. Режим, коли до підсилювача під'єднані джерела Е_к та U_зм, а и_вх = 0, називається режимом спокою. В цьому режимі корисний ефект підсилення відсутній, але втрати в резисторі R_к і в транзисторі можуть бути досить значні.

Рис. 8.5 Часові діаграми сігналу

Під час роботи в ключовому режимі (режим великого вхідного сигналу) зміна вхідної напруги (штрихова крива на рис. 8.5) охоплює ділянку І—III передавальної характеристики каскаду. Форма сигналу, що передається, спотворюється оскільки його амплітуда обмежується ділянкою III. Але такий режим роботи каскаду знаходить широке застосування в імпульсній техніці для передачі імпульсів прямокутної форми, коли амплітуда імпульса не є істотною. Транзистор в режимі ключа — це по суті релейний елемент, здатний комутувати лише одне коло. Його перевага перед звичайним електромагнітним реле — більша в декілька тисяч раз: швидкодія, надійність, малі об'єм і маса, довговічність. До переваг електромагнітних реле слід віднести наявність декількох вихідних кіл (контактів) і повний гальванічний розв'язок між колами вхідного і вихідного сигналу. Останнє дає можливість вмикати котушку реле в низьковольтне коло, а контакти — в промислову мережу з напругою 220—380 В.