16.Однокаскадный усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером: принцип действия

Типичная схема усилительного каскада на транзисторе с ОЭ показана на рис.3.4,а.

Входное усиливаемое переменное напряжение Uвх подводится ко входу усилителя через разделительный конденсатор С1. Конденсатор С1 препятствует передаче постоянной составляющей напряжения входного сигнала на вход усилителя, которая может вызвать нарушение режима работы по постоянному току транзистора VT. Усиленное переменное напряжение, выделяемое на коллекторе транзистора VT, подводится к внешней нагрузке с сопротивлением Rн через разделительный конденсатор С2. Этот конденсатор служит для разделения выходной коллекторной цепи от внешней нагрузки по постоянной составляющей коллекторного тока Iкр

Рис. 3.4

Значения Iкр и других постоянных составляющих тока и напряжения в цепях транзистора зависят от режима его работы ( начального положения рабочей точки ).

Рабочей точкой транзистора называют точку пересечения динамической характеристики (нагрузочной прямой) с одной из статических вольт-амперных характеристик. Режим работы транзистора определяется начальным положением рабочей точки (при отсутствии входного переменного сигнала). Это положение определяется на характеристиках совокупностью постоянных составляющих токов и напряжений в выходной IКр, UКЭр и входной IБр, UБЭр цепях (рис. 3.4, б, в).

При работе транзистора в активном (усилительном) режиме (класса А) рабочая точка должна находиться примерно посередине отрезка АВ нагрузочной прямой. Предельные изменения входного тока базы должны быть такими, чтобы рабочая точка не выходила за пределы отрезка АВ.

Начальное положение рабочей точки обеспечивается делителем напряжения, состоящим из резисторов R1 и R2, значения сопротивлений которых определяются из соотношений:

R1 = ;

R2 = .

где Iд = (2...5)IБр - ток в цепи делителя.

При обеспечении режима работы транзистора необходимо осуществить температурную стабилизацию положения рабочей точки (уменьшить влияние температуры на начальное положение рабочей точки). C этой целью в эмиттерную цепь введен резистор Rэ, на котором создается напряжение ООС по постоянному току URэ.

Для устранения ООС по переменному току (при наличии входного переменного сигнала) резистор Rэ шунтируют конденсатором Сэ, сопротивление которого на частоте усиливаемого сигнала должно быть незначительным.

17.Многокаскадный усилитель

В большинстве случаев одиночные каскады не обеспечивают необходимое усиление и заданные параметры усилителей. Поэтому усилители, которые применяют в аппаратуре связи и измерительной технике, многокаскадные. При анализе и расчете многокаскадного усилителя необходимо определить общий коэффициент усиления усилителя, искажения, вносимые им, распределять их по каскадам, определить требование к источникам, решить вопросы введения обратных связей и т.д.

2. КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ МНОГОКАСКАДНОГО УСИЛИТЕЛЯ

рис.1

Коэффициент усиления усилителя можно определить, исходя из структурной схемы (рис.1):

Кобщ = Uвых/Uвх = (Uвых/Un-1) … (U₃/U₂)(U₂/Uвх)=KnKn-1…K₂K₁ или

Kобщ = K₁K₂…Kn e^{f(1+2+…+n)}

где K₁,…, Kn – коэффициенты усиления каскадов, 1,…, n – фазовые сдвиги, вносимые каждым усилительным каскадом.

Таким образом, для многокаскадного усилителя общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления каждого каскада. Суммарный фазовый сдвиг, вносимый усилителем, равен сумме фазовых сдвигов каждого каскада. Сквозной коэффициент усиления

Kобщ = k_вхKобщ

где k_вх=Zвх/(Zг + Zвх) – коэффициент передачи входной цепи. Если коэффициент усиления отдельных каскадов выразить в логарифмических единицах, то общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя будет равен сумме коэффициентов

K_общ[дб] = K_1[дб] + … + K_n[дб]

В аппаратуре связи для компенсации потери мощности на отдельных участках (затухания) необходимо, чтобы усилитель работал на согласованную нагрузку, т.е. его входное сопротивление должно быть равно сопротивлению источника (выходного сопротивления предыдущего тракта аппаратуры или линии), а выходное сопротивление должно равняться сопротивлению нагрузки. Для согласования усилителей по входу и выходу используют уси­лители с обратной связью и согласующие трансформаторы. Отклонение от согласования в рабочей полосе частот оценивается коэф­фициентом отражения

При использовании согласующих трансформаторов пересчитанное сопротивление нагрузки в первичную обмотку R’₁=R_нn², где п— коэффициент трансформатора, т. е. отношение витков первичной обмотки к вторичной (рис. 2,а).

На рис.2,а имеем: U₂=U₁/n; I₂=I₁n₂, тогда Rн=U₂/I₂ = (U₁/I₁)n²

или R’₁ = U₁/I₁=R_нn²=Rг. Отсюда с учетом потерь в трансформаторе коэффициент трансформации:

где n_t – КПД трансформатора.

Применение входного и выходного трансформаторов позволяет достаточно просто осуществить переход с симметричной схемы на несимметричную (рис.2, б).

Классы усилительных каскадов

Рабочая точка покоя определяет режим работы каскада или класс усиления. В зависимости от положения рабочей точки различают три класса усиления:

1. класс А – рабочая точка лежит в середине линейного участка передаточной характеристики. Для него характерны минимальные нелинейные и непрерывные проникновения тока через транзистор, вследствие чего КПД класса «А» составляет 20 – 30%. Он применяется в предв. каскадах усиления, т.е там где высоки требования к нелинейным искажениям и мала мощность.

2. класс В – точка покоя лежит в начале линейного участка. Он обладает высоким КПД 60 – 70%, вследствие отсутствия постоянной составляющей, т.е при отсутствии входного сигнала каскад не потребляет энергии. Этот класс каскада применяется оконч. выходных каскадах усилителей мощности.

3. класс С – точка покоя лежит ниже линейного участка, КПД ещё выше – 80%

Применяется в оконеч. каскадах большой мощности на избирательную нагрузку.

Усилители мощности.

Это обычно выходные каскады много каскадных усилителей. Они предназначены для увеличения нагрузочной способности и создания нагрузки сигнала заданной мощности. Такие усилители работают в режиме большого сигнала. Их основными параметрами являются:

1. Величины выходной мощности Р_вых=

2. КПД= (Р_{вых действ}/Р₀)*100%

3. КНИ

Классификация усилителей мощности.

1. В зависимости от РТ класса А, АВ, В, С, Д.

2. В зависимости от связи между каскадами.

а) с трансформаторной связью

б) с без трансформаторной связью

3. В зависимости от схемы технического решения

а) однотактные

б)двухтактные