2.1.2 Усилительного каскада с общим эмиттером и фиксированным током базы

Усилительным каскадом называется схема, содержащая минимальное количество активных элементов (транзисторов) и обеспечивающая усиление сигнала.

Токи и напряжения транзистора однополярны, поэтому для усиления разнополярного сигнала создается начальный режим или режим покоя.

Начальным режимом называют токи и напряжения усилительного каскада при нулевом входном сигнале. Начальный режим позволяет изменять токи и напряжения под воздействием входного сигнала в обоих направлениях. Начальные токи и напряжения должны отсутствовать в выходном сигнале, что создает дополнительные проблемы в усилителях постоянного тока.

Начальный режим усилительного каскада с фиксированным током базы

Рис. 2.1 Усилительный каскад постоянного тока с фиксированным током базы

При нулевом входном сигнале ток базы покоя определяется в основном сопротивлением R2

. (2.1)

Напряжение коллектора покоя (относительно общей точки) равно

. (2.2)

В выражении (2.2) нестабильным является коэффициент усиления транзистора по току , который при изменении температуры может измениться на сотни процентов. Напряжение смещенияU_СМ должно скомпенсировать напряжения U_К.П, а не скомпенсированная часть напряжения будет являться дрейфом.

Из-за большого напряжения дрейфа схема практически не работоспособна в качестве усилителя постоянного тока. На переменном токе напряжения дрейфа остается на разделительном конденсаторе и усилитель используется при малых входных напряжениях, когда смещение начального напряжения коллектора не приводит к насыщению выходного сигнала.

Рис. 2.2 Усилительный каскад переменного тока с фиксированным током базы

Коэффициент усиления по напряжению

Для усилительного каскада переменного тока получим схему замещения, используя метод суперпозиции (наложения сигналов от разных источников). Для переменного напряжения примем линейную схему замещения транзистора. На рабочей частоте сопротивление емкостей пренебрежимо мало, а источник питания заменим внутренним (нулевым) сопротивлением. Окончательно схема замещения примет вид

Рис. 2.3 Схема замещения каскада переменного тока

Найдем упрощенное выражении для коэффициента усиления по току, учтя что r_ВХ << R₁, R_K >> R_H и R_H R_K. Тогда ток базы равен , ток коллектора равен. Напряжение нагрузки равно

,отсюда коэффициент усиления по напряжению равен

. (2.3)

Коэффициент усиления каскада достаточно большой, так как , аR_H сравнимо по величине с R₁.

2.1.2 Усилительный каскад постоянного тока с фиксированным током эмиттера

Начальный режим усилительного каскада с фиксированным током эмиттера

Рис. 2.4 Усилительный каскад постоянного тока

с фиксированным током эмиттера

Делитель на резисторах R1, R2 выбирается так, чтобы начальный входной ток базы мало сказывался на начальное напряжение базы, тогда напряжение покоя базы равно .

Эмиттерный ток транзистора равен .

Напряжение покоя коллектора с учетом того, что и

. (2.4)

Режим покоя в рассмотренной схеме достаточно стабилен.

Коэффициент усиления по напряжению

Для усилительного каскада переменного тока получим схему замещения, используя метод суперпозиции (наложения сигналов от разных источников). Для переменного напряжения примем линейную схему замещения транзистора.

Рис. 2.5 Схема замещения каскада постоянного тока

с фиксированным током эмиттера

Грубо оценим величину коэффициента усиления по напряжению, пренебрегая малыми сопротивлениями r_Б и r_Э. Ток эмиттера равен . Напряжение нагрузки.

Коэффициент усиления по напряжению равен

. (2.5)

Сопротивление R_Э примерно равно 0,2R_H, соответственно коэффициент усиления по напряжению очень мал и каскад как усилитель постоянного тока не работоспособен. Стабильность начального режима и снижение коэффициента усиления происходит за счет отрицательной обратной связи, которую создает эмиттерный резистор R_Э. В каскаде переменного тока обратная связь по полезному сигналу отключается путем шунтирования эмиттерного резистора большой емкостью.