1 Теоретический материал по каскаду оэ

Основными элементами схемы являются: источник питания E_k, управляемый элемент – транзистор Т и резистор R_k. Эти элементы образуют главную цепь усилительного каскада, в которой за счет протекания управляемого по цепи базы коллекторного тока создается усиленное переменное напряжение на выходе схемы. Остальные элементы каскада выполняют вспомогательную роль. Конденсаторы C_p1, C_p2 являются разделителями. Конденсатор C_p1 исключает шунтирование входной цепи каскада цепью источника входного по постоянному току, что позволяет во-первых, исключить протекание постоянного тока через источник входного сигнала по цепи E_k – R₁-R₂, и во-вторых, обеспечит независимость от внутреннего сопротивления R_г напряжения на базе U_бп в режиме покоя. Функция конденсатора C_p2 сводиться к пропусканию в цепь нагрузки переменной составляющей напряжения и задержанию постоянной составляющей.

Резисторы R₁ и R₂ используются для задания режима покоя каскада. Поскольку биполярный транзистор управляется током, ток покоя управляемого элемента (в данном случае I_кп) создается заданием соответствующей величины тока базы покоя I_бп. Резистор R₁ предназначен для создания цепи протекания тока I_бп. Совместно с R₂, резистор R₁ обеспечивает исходное напряжение на базе U_бп относительно зажима «+» источника питания.

Резистор R_э является элементом отрицательной обратной связи, предназначенным для стабилизации режима покоя каскада при изменении температуры. Конденсатор C_э шунтирует резистор R_э по переменному току, и исключая тем самым проявление отрицательной обратной связи в каскаде по переменному току. Отсутствие C_э привело бы к уменьшению коэффициентов усиления схемы.

Принцип действия каскада ОЭ заключается в следующем. При наличии постоянных составляющих токов и напряжений в схеме, подача на вход каскада переменного напряжения приводит к появлению переменной составляющей тока базы транзистора, а следовательно, переменной составляющей тока в выходной цепи каскада (в коллекторном токе транзистора). За счет падения напряжения на резисторе R_k создаться переменная составляющая напряжения на коллекторе, которая через конденсатор C_p2 передаётся на выход каскада – цепь нагрузки.

Важными показателями каскада являются его коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности, а так же входное и выходное напряжение. Входное сопротивление каскада ОЭ не превышает 1-3 кОм. Выходное сопротивление каскада ОЭ определяется величиной R_к. Коэффициент усиления по току:

_{Каскад ОЭ обладает довольно значительным коэффициентом усиления по току, стремящемся в пределе при Rк >>Rн к коэффициенту передачи тока транзистора β.}

_{Коэффициент усиления каскада по напряжению:}

Из этого выражения следует, что что коэффициент усиления каскада по напряжению тем больше, чем больше коэффициент β транзистора и сопротивление выходной цепи каскада по сравнению с сопротивлением входной сети. В частности, коэффициент усиления каскада по напряжению возрастает с уменьшением внутреннего сопротивления источника сигнала. Коэффициент K_u в схеме с ОЭ составляет 20-100.

Усилительный каскад ОЭ осуществляет поворот по фазе 180° выходного напряжения относительно входного. Повышение напряжения u_вх уменьшается ток базы и соответственно, ток коллектора транзистора. Падение напряжения на резисторе R_н уменьшается, что вызывает увеличение напряжения отрицательной полярности на коллекторе (или появление на выходе отрицательной полуволны напряжения). Инверсия фазы выходного напряжения на каскаде ОЭ иногда учитывается знаком «-» в выражении для K_u.

Коэффициент усиления по мощности K_p=P_вых/P_вх=K_i∙K_u в схеме ОЭ составляет (0,2 – 5)∙10³ .

Рисунок 1 – Схема усилительного каскада с ОЭ