Каскады усилителей низкой частоты

Каскады на биполярных транзисторах

В усилителях на биполярных транзисторах используют, как правило, схему включения с общим эмиттером, обеспечивающую усиление как по напряжению, так и по току (рис. 2.4). В схеме резисторы и Щ, включенные между корпусом и точкой +Е_К, образуют делитель для напряжения питания, которое фиксирует режим работы транзистора — его рабочую точку р' (рис. 2.5). Ток /_л, текущий через R?, должен создавать падение напряжения, соответствующее напряжению между базой и эмиттером транзистора и_Г)Эр, поэтому.

где /_д — ток делителя, образованного резисторами Ry и R{.

Рис. 2.4. Усилительный каскад с общим эмиттером.

Через сопротивление Т?_Б течет ток /₂, равный сумме тока /_д и тока, текущего в базу транзистора, поэтому.

Ток делителя выбирают 7_Л — (2…5)1_Бр. Чем больше 7_Л, тем стабильнее работает каскад, так как изменения токов коллектора /_к и эмиттера /_э, а значит, и тока базы 1_Б = /_к — 7_Э не приведут к значительному изменению напряжения на R'_b:

Таким образом, напряжение 11_БЭр изменится незначительно. В то же время не следует выбирать ток делителя слишком большим, потому что это снижает КПД каскада из-за потерь энергии в делителе.

Допустим сначала, что Е/_вх = 0. Под действием напряжения U_b3p через открытый /?-я-переход эмиттер—база протекает постоянный ток базы 1_Бр. Разделительный конденсатор С_р1 не дает возможности постоянному току протекать через источник входного сигнала.

Транзистор открыт и находится в активной области. Его состояние определит точка р пересечения нагрузочной прямой, проведенной через точки Е_к и Е_к / R_K, отсекаемые на осях (см. рис. 2.5), с характеристикой, соответствующей току 1_Бр. Постоянный коллекторный ток 7^, соответствующий точке р, определит исходное напряжение между эмиттером и коллектором U_K3p. Так как через разделительный конденсатор С_р2 постоянное напряжение не проходит, выходное напряжение /7_ВЫХ = 0. Рассмотренное состояние схемы называют режимом роботы по постоянному току.

Пусть теперь на вход схемы поступает сигнал в виде синусоидального напряжения с амплитудой <�У_ВХ тах. Этот сигнал уже пройдет через разделительный конденсатор и вызовет изменение управляющего напряжения 11_Б3. Под его действием произойдет изменение токов базы, эмиттера и коллектора. Изменение тока базы оценим по входной характеристике 7_Б = /(?/_БЭ) и определим амплитудные значения тока +/_Бтах и -/_Бтах. Если бы входна я характеристика была линейной, то изменения тока базы как в большую, так и в меньшую сторону были бы одинаковы, но из-за нелинейности характеристики амплитуда +/_Бтах больше, чем -/_Бтах. Поскольку выходные характеристики /_к = f (U_Kэ) строят для разных токов базы, по ним можно определить токи коллектора, соответствующие токам +/_Бтах и -/_Бтах. Изменения тока коллектора относительно среднего значения 1_Кр от (1_Кр + /к_тах) до (/_Кр — /_кmax) приведут к колебаниям напряжения на сопротивлении R_K и, следовательно, на коллекторе транзистора. Эти колебания легко оценить с помощью нагрузочной прямой. Действительно, рабочая точка р будет перемещаться по нагрузочной прямой между точками пересечения этой прямой с выходными характеристиками, соответствующими токам базы (/_Бр + /_Бшах) ^и (1ър ~ 1_Бтах)* Таким образом, колебания входного сигнала привели к пропорциональным колебаниям напряжения коллектор—эмиттер U_K3 с амплитудой t/_K3inax = /кшах^кЧерез конденсатор С_р2 эти колебания поступают на выход усилителя. Выходной сигнал, таким образом, равен

Рис. 2.5. Влияние положения рабочей точки р на работу усилителя Этот режим называют режимом работы по переменному току.

Из приведенных на характеристиках построений видно, что t/_Bxmax = = 0,1 В, [/_выхтах = 5 Ви, значит, коэффициент усиления по напряжению такого каскада.

Следует обратить внимание, что положительному полупериоду входного напряжения (когда U_b3p+ f/_Bx max) соответствует отрицательный полупериод выходного напряжения (т.е. U_K3p — f/_BbIx._max). Иначе говоря, между входным и выходным напряжениями существует сдвиг фаз, равный 180°. Для получения наименьших искажений усиливаемого сигнала рабочую точку р следует располагать на середине линейного участка входной характеристики.