6.4. Полупроводниковые усилители Усилители на биполярном транзисторе

Схема усилителя на биполярном транзисторе приведена на рис. 6.7, а. В этой схеме сопротивления R₁ и R₂ задают режим покоя (П) каскада, при котором в транзисторе протекают только постоянные токи покоя базы I_б.п, коллектора I_к.п и эмиттера I_э.п. Также на базе, коллекторе и эмиттере действуют постоянные напряжения покоя U_б.п , U_к.п , U_э.п .

Емкости С₁ и С₂ — разделительные. Емкость С₁ препятствует протеканию постоянного тока с делителя R₁ R₂, а емкость С₂ препятствует прохождению постоянного напряжения на сопротивле-

ние R_н (на котором будет переменная составляющая коллекторного напряжения). Сопротивление R_э определяет ток покоя через транзистор при заданном напряжении U_б.п. Это сопротивление для переменного сигнала является отрицательной обратной связью, предназначенной для стабилизации режима покоя транзистора при изменении его температуры. Например, при увеличении из-за роста температуры тока коллектора покоя I_к.п возрастают ток эмиттера покоя I_э.п и падение напряжения на сопротивлении R_э, поскольку

U_э.п = I_э.п R_э.

Так как напряжение U_б.п фиксировано делителем R₁ R₂, то с увеличением U_э.п происходит закрывание транзистора, что приводит к уменьшению коллекторного тока. Происходит автоматическая балансировка режима работы транзистора в режиме покоя.

Введение сопротивления R_э изменяет работу каскада и при усилении переменного входного сигнала. Переменный ток эмиттера создает на этом сопротивлении падение напряжения U_э.= I_э. R_э , которое уменьшает усиливаемое напряжение. Коэффициент усиления каскада

Для исключения протекания переменного тока через сопротивление R_э его необходимо шунтировать сопротивлением С_э, при наличии которого общее сопротивление в цепи эмиттера

Расчет параметров каскада в режиме покоя по постоянному току проводят графоаналитическим методом с использованием статических входных и выходных вольт-амперных характеристик (рис. 6.7, б, в).

Для определения параметров выходного сигнала в динамическом режиме усиления сопротивление нагрузки R_н подключается параллельно сопротивлению R_k. Тогда общее сопротивление в цепи коллектора R_к.о= R_к R_н / (R_к + R_н ).При этом следует учитывать, что Х_С2 = 0.

Сопротивление R_к >R_к.о , поэтому нагрузочная прямая (см. рис. 6.7, б) проходит по линии С Д.

Рассмотренный каскад дает ограниченное усиление из-за того, что сопротивление R_к определяет рабочую точку на выходных характеристиках по постоянному току с учетом допустимых нелинейных искажений. С увеличением R_к нелинейные искажения увеличиваются.

Усилители напряжения на полевом транзисторе

Схема усилителя на полевом транзисторе приведена на рис. 6.8, а, а его эквивалентная схема показана на рис. 6.8, б. Емкость С_о является здесь входной емкостью второго каскада.

По эквивалентной схеме можно рассматривать работу усилителя на различных частотах. В средней части частотного диапазона от 200 до 3000 Гц сопротивление емкости С₀ достаточно большое, и оно не шунтирует сопротивления R_с и R₁ поэтому общее сопротивление в стоке транзистора

Коэффициент усиления каскада

где I_c - ток в стоке транзистора; µ— статический коэффициент

усиления полевого транзистора; а = R_i / R_о.с — коэффициент нагрузки.

При R_i >> R₁, R₁ >> R_c можно считать R₁ / R_c >>[1 + R_i / R₁], и тогда коэффициент усиления в средней части частотного диапазона

где S — крутизна характеристики полевого транзистора.

Частотная характеристика рассматриваемого усилителя приведена на рис. 6.8, в.

Для увеличения коэффициента усиления выбирают большее сопротивление R_с, но при этом уменьшается частотный диапазон усилителя, поэтому для полевых транзисторов принимают R_с = (0,01. ..0,25) R_i.

Сопротивление R_i должно быть в 5... 10 раз больше R_с, но при этом оно не должно превышать 2 МОм, так как в этом случае на нем создается напряжение смещения за счет токов утечки затвора. Кроме того, с увеличением номинала резистора R_с снижается эффективное напряжение сток—исток.