Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЛЕКЦИЯ2.doc
Скачиваний:
20
Добавлен:
10.11.2019
Размер:
4.18 Mб
Скачать

1.1.1 Принцип работы усилительного каскада

Суть работы усилителя отражается рисунком 1.7 [2]. Функцию управляемого элемента (УЭ) может выполнять транзистор, электронно-вакуумная лампа или другой активный элемент. Выходная цепь каскада образована сопротивлением R и запитана от блока питания с напряжением Е. Выходной сигнал выделяется на сопротивлении R при протекании выходного тока i вследствие изменения внутреннего сопротивления УЭ. То есть изменение тока i в выходной цепи происходит под воздействием входного напряжения.

Процесс усиления основан на преобразовании энергии источника постоянного напряжения Е в энергию переменного напряжения в выходной цепи за счет изменения сопротивления УЭ по закону, задаваемому входным сигналом. Ток i в выходной цепи однонаправленный, так как для питания используется источник напряжения постоянного тока.

Рисунок 1.7 – Функциональное содержание усилительного каскада

Переменные ток и напряжение следует рассматривать как переменные составляющие тока и напряжения, накладывающиеся на постоянные составляющие тока, напряжения, рисунок 1.8.

Рисунок 1.8 – Постоянная и переменная составляющие выходного сигнала

Амплитудные значения переменных составляющих не должны превышать величин постоянных составляющих: Iп ³ Im; Uп ³ Um. Иначе будет искажение формы входного сигнала. Для обеспечения работы усилительного каскада при переменном сигнале на входе, в его выходной цепи должны быть созданы постоянные составляющие IП; UП. Так обеспечивается режим по постоянному току (режим покоя). Чтобы задать IП, UП в выходной цепи, во входной цепи задают UВХП (или IВХП), например, с помощью резистивного делителя напряжения.

1.2 Усилители на полупроводниковых компонентах

Схемы усилителей указанных типов включения БПТ и ПТ имеют схожий рисунок электрической принципиальной схемы, но отличаются по способу задания режима по постоянному току. Основной вариант схемы усилителя на БПТ с ОЭ приведён на рисунке 1.9.

В выходной цепи протекает ток, управляемый током базы. Переменная составляющая выходного тока протекает через компоненты: блок питанияуправляемый элемент (транзистор) – параллельно соединённые по переменному току сопротивления Rk и RН.

На выходе каскада создается усиленное напряжение. Остальные элементы схемы играют вспомогательную роль.

СР1 – разделительный конденсатор, который исключает шунтирование входной цепи каскада источником входного сигнала по постоянному току. СР2разделительный конденсатор, который пропускает в нагрузку только переменную составляющую выходного напряжения. Без этих конденсаторов был бы нарушен режим БПТ транзистора по постоянному току.

Сопротивления R1 и R2 необходимы для задания режима покоя. IКПзадается током базы покоя IБП, который протекает через сопротивление R1. Совместно эти два резистора обеспечивают исходное напряжение покоя на базе UБПпод его воздействием течет ток IБП.

Сопротивление RЭ – это сопротивление отрицательной обратной связи (ООС), за счёт которой стабилизируется режим покоя каскада в диапазоне температур. СЭ шунтирует RЭ по переменному току, устраняя ООС по переменному току, которая привела бы к уменьшению коэффициента усиления каскада.

Термин ОЭ в данной схеме означает, что вывод эмиттера БПТ по переменному току является общим для входной и выходной цепей каскада.

Рисунок 1.9 – Основная схема усилителя с ОЭ

Для режима по постоянному току характерно:

UКЭП = EК IКПRК IЭПRЭ = EК IКПRК - IКПRЭ/a . (1.4)

Так как 1, то UКЭП = EК IКП (RК + RЭ), – это графическое уравнение прямой, или линии нагрузки каскада по постоянному току. Нагрузочная прямая по постоянному току проводится по двум точкам: первая точкадля режима холостого хода: IКП = 0; вторая точкадля режима короткого замыкания по выходу: UКЭП = 0, IКП = EК / (RК + RЭ). IБП выбирается по входной характеристике: IБ f(UЭБ).

Для определения переменных составляющих используют линию нагрузки по переменному току RН~: так как RЭ||XСЭ » 0, RН~ = RК||RН, CР2 » 0; внутреннее сопротивления источника питания Ri (Ek) = 0, отсюда: RН~ = RК||RН; RН_= RК +RН .Так как ток коллектораэто сумма переменных и постоянных составляющих, то обе нагрузочные прямые проходят через точку покоя. При воздействии на базу входного сигнала рабочая точка от точки покоя перемещается по прямой RН~, отражая изменение мгновенных значений тока коллектора iК(t). Амплитуда выходного тока определяется: IКm = UВЫХm/RН~; RК » (3¸5)RН..

Ток базы в рабочей точке можно определить как IБП = (IКПIКО(Э))/b, а по входным характеристикам определяется UБЭП. Следует помнить, что b = a/(1–a). Для термостабилизации режима по постоянному току выбирают UЭП » (0,1¸0,3)EК .

Типичное значение тока резистивного делителя в цепи базы соответствует: IД = (2¸5)IБП. Отсюда:

R2 = UБП/IД = (UЭП + UБЭП)/IД; R1 = (EК UБП)/(IД + IБП) . (1.5)

Выбор транзистора производят с учётом следующих факторов:

а) с учетом частотного диапазона по граничной частоте усиления по току (fa для схемы с ОБ или fb для схемы с ОЭ). Для схемы с ОЭ: fb >> fверх.рабоч.; следует помнить, что fb = fa/(1 + b);

б) с учетом максимально допустимого коллекторного тока IКmax:

IКДОП > IКmax = IКП + IКm ; (1.6)

в) по максимально допустимому коллекторному напряжению: UКЭ(доп) > UК ;

д) по мощности, рассеиваемой на коллекторе: PК = UКПIКП < PКдоп.