Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Так, в усилителях постоянного тока вход последующего каскада подсоединяют к выходу предыдущего каскада непосредственно или с помощью резисторов. Такие усилители называют усилителями с непосредственной или резистивной связью В усилителях переменного напряжения (УНЧ, УВЧ и ШПУ) для связи каскадов чаще всего используют конденсаторы и пезисторы. Такие усилители называют усилителями с резистивно-емкостными связями.
Конденсаторы в усилителях переменного напряжения служат для отделения переменной составляющей напряжения (выходного) от постоянной составляющей напряжения на нелинейном управляемом элементе, возникающей от постоянной составляющей тока„создаваемой источником постоянной ЭДС Е. По способу включения усилительного элемента различают три основных типа усилительных каскадов как на биполярных, так и на полевых транзисторах. Характерной особенностью каждого из них является то, что один электрод транзистора является общим для входной и выходной цепей.
Вопрос 3.1. Можно ли считать усилителем повьппающий тРансформатор? Варианты ответа 3.1.1. Можно. 3.1.2. Нельзя. 121 3.2. УСИЛИТЕЛЬНЪ|Й КАСКАД С ОБШИМ ЭМИТТЕРОМ Одним из наиболее распространенных усилительных каскадов на биполярных транзисторах является каскад с общим эмиттером (каскад ОЭ). В этом каскаде эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей, а резистор Ак (рис. 3.3), с помощью которого создается выходное напряжение, включается в коллекторную цепь транзистора. Полярность источника электрической энергии (источника питания) с ЭДС Ек по отношению к коллекторной цепи зависит от типа транзистора Р'Т. На рис.
3.3 полярность источника Ек соответствует усилительному каскаду с транзистором типа и-р-л. Для усилительного каскада с транзистором типа р-и-р полярность источника Ек должна быть противоположной. Напряжение источника современных усилительных каскадов на биполярных транзисторах составляет обычно 1Π— 30 В. Для коллекторной цепи усилительного каскада в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать следующее уравнение электрического состояния: Ек =як +Як 1к, (3.3) т.е. сумма падения напряжения на резисторе Як и коллекторного напряжения Гк транзистора всегда равна постоянному значению ЭДС источника питания. Вольт-амперная характеристика 1к — 1 (Гл ) коллекторного резистора Лк является линейной, а ВАХ 1к= !р ((1к~транзистора, как показано в гл.2, представляют собой нелинейные коллекторные характеристики транзистора, включенного по схеме ОЭ (см.рис.2.12). Расчет такой нелинейной цепи, т.е.
определение 1к,с1д и Гк для к' дк различных значений токов базы 1Б и сопротивлений резистора Як, можно осуществить графически. Для этого на семействе коллекторных характе- ! г! Нят -(Ь 122 ! ! ! г! ! Рн ! ! Рис.3.3. Схема усилительного каскада с об!цим эмиттером Рис.3.4. Входная и коллекторные характеристики биполярного транзистора, а также переходная характеристика усилительного каскада при Ек=20 В и ЛК =! кОм Ристик (рис.
3.4.) необходимо провести из точки Ек на оси абсцисс пря- мую линию, удовлетворяющую уравнению 'к =Ек-)~к 1к (3.3а) Зту прямую можно провести под углом и =агсс1а Як п~~l;и,, где пг~— масштаб по оси ординат, а тс, — масштаб по оси абсцисс.
Однако удобнее стРоить ее по двУм точкам: Гк: Е пРи 1к — — 0 на оси абсцисс и 1 к = ЕкИ при Гк = 0 на оси ординат. Построенную таким образом К "Рямую линию часто называют линией нагрузки. '1очки пересечения ее с коллекторными характеристиками дают графическое решение Уравнения 13.3а) для данного сопротивления Ак и различных значе"ий тока базы 1 . По зтим точкам можно определить коллекторный ток 1к, одинаковый для транзистора и резистора Йк, а также напря- ~еииЯ Ьк и 11~ . ПосколькУ входные хаРактеРистики длЯ Различных зна ачений як отличаются незначительно.
в качестве входной принича ают обычно усредненную входную характеристику (см.рис.3.4). Анализ работы усилительного каскада удобно проводить с помощью 123 переходной характеристики 1к =~( 1в ), которую строят по точкам пересечения линии нагрузки с коллекторными характеристиками. На рис 3 4 помимо коллекторных (выходных) характеристик приведена входная характеристика, повернутая на 90", и дано построение переходнои характеристики. На рис.
3.4 можно отметить линейные участки аЬ и аЪ' соответственно на входной и переходной характеристиках. Им соответствует участок а'Ъ" на линии нагрузки. Сопротивление резистора Ак выбирают, исходя из требуемого усиления входных сигналов, но при этом надо, чтобы линия нагрузки проходила левее или ниже допустимых значений Укм,к„1к и Рк (см.рис 2!4) и обеспечивала достаточно протяженный линейный участок переходной характеристики.
При выполнении этих условий транзистор работаег в области допустимых значений напряжения, тока и мощности и может усиливать без искажений сигналы в необходимом диапазоне изменения значений их параметров. Сопротивления коллекторных резисторов Ак усилительных каскадов с общим эмиттером обычно имеют значения порядка нескольких сотен ом или единиц килоом Резистор Ав, включенный в цепь базы, обеспечивает требуемую работу транзистора в режиме покоя, т.е. в отсутствие входного сигнала, Благодаря этому резистору можно получить оптимальное значение тока базы УБ„и напряжения между базой и эмиттером (/Б„, соответствующие середине линейных участков входной и переходной характеристик.
Эта рабочая точка (точка П и П' на рис 3.4) соответствует 1г.„и (/и„. Для обеспе ~ения указанного режима сопротивление резистора следует определять по формуле (3.4) Конденсатор С (см рис.3.3) служит для включения источника переменной входной ЭДС е„, с внутренним сопротивлением Я„в цепь базы. В отсутствие этого конденсатора в цепи источника входного сигнала создавался бы постоянный ток от источника питания Ек, который мог бы вызвать падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника сигнала, изменяющее режим работы транзистора и приводящее к нагреву источника сигнала.
Конденсатор связи С, на выходе усилительного каскада обеспечивает выделение из коллекторного напряжения переменной составляющей, которая может подаваться на нагрузочное устройство с сопротивлением Ан. При подаче на вход усилительного каскада переменного напряжения и„„(см.рис.3.4) ток базы будет изменяться в соответствии с входной характеристикои, т е кроме постоянной составляющей 1Бн он будет иметь переменную составляющую ~в Одновременно с этим в транзисторе будут изменяться эмиттерныи и коллекторный токи График переменной со- 124 ставляющей коллекторного тока гк можно построить с помощью переходной характеристики, зная изменения тока базы гБ. Перенося изменения тока гк на линию нагрузки, можно проследить за изменениями коллекторного напряжения и падения напряжения на коллекторном резисторе Ак Переменная составляющая коллекторного напряжения представляет собой выходное напряжение усилительного каскада, которое численно равно и противоположно по фазе переменной составляющей падения напряжения на резисторе Ак, т.е.
ивых = — РКгк. Для входного напряжения справедливо соотношение ивх = ~вх 'вх где А„- — входное сопротивление усилительного каскада, примерно равное входному сопротивлению транзистора, а („= ~В. Благодаря тому, что коллекторный ток во много раз превышает ток базы, а сопротивление Ак, как правило, больше )х„. выходное напряжение усилительного каскада с общим эмиттером получается во много раз больше входного напряжения Если изменения входного напряжения, тока базы гб и тока коллектора гк укладываются в линейные участки входной и переходной характеристик, то форма выходного напряжения будет соответствовать форме входного напряжения В частности, при подаче на вход усилительного каскада синусоидального напряжения выходное напряжение будет также синусоидальным и) Рис 3 5 Временные зависимосги тока базы (а), гока коллектора (6) и вы"Юного напряжения (в) при большом входном напряжении 125 Рис 3 6 Амплитудная характеристика усилительного каскада При больших входных напряжениях переменные составляющие токов выходят за пределы линейных участков входной и переходной характеристик, в результате чего форма кривой выходного напряжения претерпевает значительные искажения.
Эти игкпжения, обусловленные нелинейностью указанных характеристик, называют непинеиными. На рис.3.5,а — в показаны временные зависимости тока базы !Б, тока коллектора !к и выходного напряжения и„„ усилительного каскада при большом входном напряжении. Видно, что при больших входных напряжениях рост выходного напряжения замедляется, те коэффициент усиления уменьшается. Для оценки диапазона изменения входных напряжений, усиливаемых без искажений, используют амплитудную хпрпктеригтику, представляющую собой зависимость амплитудного значения выходного напряжения от амплитудного значения входного напряжения (рис.3.6). При работе усилительного каскада в режиме, соответствующем линейным участкам характеристик, т.е. в отсутствие искажений, коэффициент усиления и другие параметры усилителя (входное и выходное сопротивление) можно рассчитать аналитически с помощью 6-параметров транзистора, С этой целью используют схему замещения усилительного каскада с общим эмиттером (рис.3.7,а) для переменных составляющих токов и напряжений.
Основой этой схемы является схема замещения транзистора (обведена пунктиром). В схеме замещения усилительного каскада не учтены конденсаторы и источник питания, так как переменные составляющие напряжения на них принимают равными нулю. Поэтому резистивный элемент Кк включен между коллектором и эмиттером транзистора, т.е. между точками Ки Э.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
