2.2. Усилительный каскад (ук) на биполярных транзисторах

2.2.1. Три схемы включения бпт на ук

Аналогично усилителям на ламповом триоде (ЛТ) усилительный каскад на БПТ функционирует в трёх схемах включения: с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК), рис. 77.

Рис. 77. Три схемы включения БПТ на УК

Наибольшее применение находит схемы УК с ОЭ аналогично схеме на ЛТ с общим катодом, так как эта схема имеет наибольшее усиление.

2.2.2. Принцип работы усилителя на бпт

Для пояснения принципа работы усилителя на БПТ воспользуемся типовой схемой усилительного каскада на БПТ с ОЭ, в которой, как и в схеме на ЛТ, отдельные источники базового напряжения (смещения Еб) и коллекторного питания Ек не применяются, а используются делитель базового смещения на резисторах R1 и R2, который совместно с эмиттерным резистором R4 и коллекторным резистором R3 обеспечивает выбор рабочей точки транзистора и её термостабилизацию в процессе работы УК (рис. 78).

Рис. 78. Усилительный каскад на БПТ в схеме с ОЭ

Работу БПТ в типовой схеме с ОЭ (рис. 78) можно пояснить аналогично работе ЛТ с помощью статических и динамических вольтамперных характеристик (ВАХ) (рис. 79).

Рис. 79. Входная ДХ (а) выходные статические характеристики и «НП» (б)

Для анализа схем на БПТ широко используются выходные , входные и проходные статические и динамические характеристики. Независимыми из них являются входная и выходная, приводимые в справочниках.

В качестве входной динамической ВАХ обычно используется статическая при , например, при , что объясняется слабой зависимостью этих ВАХ от (рис. 79,а).

В качестве динамической выходной ВАХ в режиме малого переменного сигнала, как и в ЛТ, применяются нагрузочные прямые по постоянному току (рис. 73,б).

В соответствии с рис. 79 процесс усиления можно представить следующей взаимосвязью электрических величин:

Видно, что входной сигнал с амплитудой синфазно изменяет величину I_k , что влечёт пропорциональное изменение I_kR_k и противофазное изменение коллекторного напряжения , причём амплитуда (с учётом масштаба по оси абсцисс) значительно больше амплитуды напряжения на базе .

2.2.3. Рабочий режим и элементы схемы

Как и каскад на ЛТ, в усилителе на БПТ линейный режим задаётся выбором РТ на середине нагрузочной прямой (НП) так, что равным отклонениям тока базы (на рис. 79,б отклонения тока базы соответствовали равные отрезки НП.

При этом входной сигнал с амплитудами тока и напряжения вызывает изменения выходного сигнала с амплитудами тока и напряжения .

Следует подчеркнуть, что одна из координат НП учитывает общее сопротивление эмиттерной и коллекторной цепей:

.

В отличие от ЛТ, в БПТ наблюдается значительный тепловой уход рабочей точки в процессе работы каскада. Поэтому термостабилизация РТ имеет существенное значение. Как и в ЛТ, она создаётся протеканием тока отрицательной обратной связи (ООС) через эмиттерный резистор R4 (схема рис.72), который создаёт на базе напряжение ООС, компенсирующее тепловой уход РТ при повышении температуры p-n перехода БПТ. Действие ООС можно представить в следующей функциональной взаимосвязи электрических величин:

Величина обычно выбирается из соотношения:

где – минимальная амплитуда коллекторного напряжения; – постоянный ток коллектора в выбранной РТ.

Для определения резисторов R1 и R2 базового смещения обычно задаётся величина коэффициента стабилизации , после чего рассчитываются основные величины элементов схемы, а также напряжений и токов в основных её точках; в соответствии с нижеприведенными соотношениями:

где – коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ (даётся в справочниках – обычно берут среднее значение); – постоянное напряжение между базой и корпусом; – постоянное напряжение между базой и эмиттером; – ток эмиттера; – ЭДС источника коллекторного напряжения (рис. 78).

Выбор конденсатора С2, шунтирующего эмиттерный резистор, производят аналогично выбору катодного конденсатора в УК на ЛТ.