2.3. Усилительный каскад с общим эмиттером.
Рисунок 2.3
Источник питания Ек, транзистор VT и резистор Rk образуют главную цепь усилительного каскада, в которой за счёт протекания управляющего по цепи базы коллекторного тока создаётся усиленное переменное напряжение на выходе схемы.
Cp1, Cp2 – разделительные конденсаторы. Cp1 исключает шунтирование входной цепи каскада цепью источника входного сигнала по постоянному току, что позволяет исключить протекание постоянного тока через источник входного сигнала по цепи Ек- R1-Rr. Cp2 пропускает в цепь нагрузки переменную составляющую напряжения и задерживает постоянную составляющую.
Резисторы R1 и R2 используют для задания режима покоя каскада. Поскольку биполярный транзистор управляется током, ток покоя управляющего элемента ( в данном случае Ikn) создаётся заданием соответствующей величины тока базы покоя Iбn. Совместно с R2 резистор R1 обеспечивает исходное напряжение на базе Uбn относительно зажима «плюс» источника питания.
Резистор Rэ является элементом отрицательной обратной связи, предназначенным для стабилизации режима покоя каскада при изменении температуры. Конденсатор Сэ шунтирует Rэ по переменному току, исключая проявления отрицательной обратной связи в каскаде по переменной составляющей. Температурная зависимость параметров режима покоя от температуры вызвана зависимостью от температуры коллекторного тока покоя. При отсутствии мер по стабилизации тока коллектора, его температурные изменения вызывают изменение режима покоя каскада, что может привести к искажению формы кривой выходного сигнала.
Рассмотрим стабилизирующие действия отрицательной обратной связи на Iкп. Пусть под влиянием температуры Iкп увеличился. Следовательно, ток эмиттера Iэп также увеличился, и возросло напряжение Uэп=IэпRэ. Это приводит к уменьшению напряжения Uбэп=Uбп-Uэп. Ток базы уменьшается, вызывая уменьшение тока Iкп, чем создаётся препятствие его увеличению.
Принцип действия каскада с 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, а, следовательно, переменной составляющей тока коллектора. За счёт падения напряжения на Rk создаётся переменная составляющая напряжения на коллекторе, которая через Сп2 передаётся на выход каскада – в нагрузку.
2.4. Многокаскадные усилители с конденсаторной связью.
При усилении малых входных сигналов одного усилительного каскада может оказаться недостаточно для получения нужного коэффициента усиления. В этом случае задачи решают с помощью многокаскадных усилителей, получаемых путём последовательных соединений отдельных каскадов. При этом выходной сигнал любого предыдущего каскада служит входным сигналом следующего каскада. Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления входящих в него каскадов.
Кu=Ku1·Ku2…Kun
Связь каскадов осуществляется с помощью конденсатора, трансформатора или непосредственно. Конденсатор в качестве элемента связи используется в усилителях звуковых частот, усилителях высокой частоты и широкополосных усилителях. Для многокаскадных усилителей важными являются амплитудно-частотная, фазо-частотная и амплитудная характеристики.
Рассмотрим схему трёхкаскадного усилителя с конденсаторной связью (рисунок 2.4).
Рисунок 2.4
Наличие в схеме усилителя конденсаторов и зависимость параметров транзистора от частоты приводят к тому, что при изменении частоты входного сигнала, напряжение на выходе изменяется как по амплитуде, так и по фазе. В связи с этим коэффициент усиления по напряжению характеризуется комплексной величиной, определяемой модулем коэффициента усиления (кu) и углом фазового сдвига φ выходного синусоидального напряжения по отношению к входному. Зависимость кu=f(f) – амплитудно-частотная зависимость, φ = f(f) – фазо- частотная характеристика (рисунок 2.5).
Рисунок 2.5
Полосой
пропускания называется диапазон частот
от f
нижней до f
верхней, в котором коэффициент усиления
изменяется в диапазоне, не превышающем
.
В области низких частот уменьшение коэффициента усиления обусловлено наличием в схеме конденсаторов, а в области высоких частот – частотными параметрами транзисторов.
Амплитудная характеристика отражает зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды напряжения на входе. Участок 1-3 пропорциональная зависимость. Участок ниже точки 1 не используется, т.к. здесь трудно отличить полезный сигнал от напряжения собственных помех и шумов транзистора. Участок 3-4 – нарушение линейной зависимости из-за перемещения рабочей точки характеризуется в область насыщения или отсечки транзистора оконченного каскада. Для получения наибольшей амплитуды выходного напряжения необходимо, чтобы точка покоя выходного каскада размещалась посередине участка 1-3(точка 2).