Лекция 2 Усилители на транзисторах. 2. усилители и формирователи электрических сигналов на биполярных и полевых транзисторах. Усилители электрических сигналов
 Скачать 7.16 Mb.
|
1.2.2.Усилители с емкостной связью на транзисторах. Схема с общим эмиттером в области средних частотВ усилительных каскадах в качестве нагрузки довольно часто используют резисторы, а для связи между усилителями применяют разделительные конденсаторы. Такие усилители называются усилителями с RC связью иди усилителями RC-типа. В усилителях RC-типа транзисторы могут быть включены по схеме ОЭ, ОБ, 0К. На рис. 2.12 приведена схема усилителя RC типа с ОЭ. В этой схеме резисторы R1, R2 и Rэ задают необходимое смещение на переходе база-эмиттер и обеспечивают необходимую стабилизацию рабочей точки. Резистор Rэ вносит OOС по постоянному току.  Рис. 2.12. Усилитель RC–типа по схеме ОЭ Для стабилизации потенциала базы относительно общей шины ток через резисторы R1 и R2 выбирают в несколько раз большим тока базы. В этом случае ток коллектора с изменением температуры будет изменяться очень мало, так как увеличение тока эмиттера (при увеличении температуры) вызывает уменьшение разности потенциалов база-эмиттер, что препятствует увеличению тока коллектора. Конденсаторы С1, С2 — разделительные конденсаторы. Они разделяют постоянные и переменные составляющие входной и выходной цепи Сэ — блокировочный конденсатор. Он устраняет ООС по переменному току. При его отсутствии коэффициент усиления по переменному напряжению будет очень мал и приблизительно равен отношению коллекторного и эмиттерного резисторов. При проектировании усилительных устройств требуется определять постоянные и переменные составляющие токов и напряжений. Постоянные составляющие характеризуют режим работы транзистора, а переменные составляющие - величины усиливаемых сигналов. Постоянные составляющие токов и напряжений сравнительно просто и достаточно точно можно определить графически по соответствующим ВАХ характеристикам транзистора. Однако следует отметить, что графический метод оказывается не совсем удобным для учета влияния разброса параметров транзисторов и их температурной зависимости. Значительно праще эта задача решается при использования эквивалентных схем, которые позволяют аналитически определять постоянные составляющие токов и напряжений. При определении же переменных составляющих токов и напряжений почти всегда отдается предпочтение аналитическим методам расчета с использованием эквивалентных схем. Анализ работы транзисторных усилителей обычно проводят для областей средних, низких и высоких частот. В области средних частот коэффициент усиления усилителя постоянен и линейных искажений не наблюдается. Так как линейные искажения обусловлены имеющимися в усилителе реактивными элементами, то очевидно, что в области средних частот разделительные и блокировочные конденсаторы не влияют на работу усилителя и их можно считать короткозамкнутыми. По переменному току источник питания также считается короткозамкнутым. Паразитные емкости транзистора, емкость монтажа и нагрузки при этом считаются разомкнутыми. Учитывая вышесказанное, рассматриваемый усилительный каскад (рис. 2.12) можно представить в виде эквивалентной схемы рис. 2.13. Здесь транзистор представлен в виде упрощенной эквивалентной схемы, а делитель из резисторов R1 и R2 заменен одним резистором  = R1||R2.   Рис. 2.13. Эквивалентная схема усилителя RC–типа по схеме ОЭ Из приведенной эквивалентной схемы прежде всего видно, что сопротивление для постоянной и переменной составляющих коллекторного тока различно. Преобразовав входную цепь и заменив генератор тока в выходной цепи генератором напряжения, можно упростить данную эквивалентную схему. Проделав указанные преобразования, получим эквивалентную схему, приведенную на рис. 2.14. В этой схеме   rк* =  .Здесь rк* — дифференциальное сопротивление коллекторного перехода транзистора, включенного по схеме с 0Э. Для схемы рис. 2.14 справедлива система уравнений Uвх = Iб(rб + rэ) + Iкrэ, 0 = Iб rэ–Iб rк* + Iк(rэ + rк* +  н)  Рис. 2.14. Преобразованная эквивалентная схема усилителя RC - типа Входное сопротивление транзистора rвх э =   Если rк*»  н, тоrвх э = rб + rэ( 1 + ). Входное сопротивление усилительного каскада с учетом резисторов R1 и R2 будет меньше: Rвх = rвх э || (R1 || R2). Коэффициент усиления по току транзистора: КI’ =  =  =  .Видно, что коэффициент усиления по току транзистора КI′ возрастает с уменьшением н и стремится к значению . Коэффициент усиления по току усилительного каскада КI = IRн / Iг можно найти, определив ток, потребляемый от источника сигнала Iг и ток, протекающий по сопротивлению нагрузки для чего воспользуемся эквивалентной схемой для входной цепи транзистора в области средних частот представленной на рис. 2.15.  Рис. 2.15. Эквивалентная схема входной цепи усилителя с ОЭ на средних частотах Запишем выражение для тока Iг  .Очевидно, что выходную цель усилителя также можно представить в виде рис. 2.15, только вместо тока Iг в этой схеме будет ток коллектора Iк , и вместо резисторов R и rвх э — соответственно резисторы Rк и Rн. Тогда по аналогии можно записать  ,откуда определяется ток  . .В этом выражении коэффициенты  и  представляют собой коэффициенты токораспределения в выходной и во входной цепи усилителя.Из приведенных выше выражений можно также найти коэффициент усиления по напряжению КU’=Uвых/Uвх:  Если rк*»  н, то: .Относительно источника  (см. рис. 2.14) .Относительно источника  (см. рис. 2.13, 2.15)  Для определения выходного сопротивления рассмотрим вновь эквивалентную схему, приведенную на рис. 2.14. Так как rэ«rк*, то rэ без большой погрешности можно считать по переменному току короткозамкнутым. Тогда выходное сопротивление усилителя rвых=rк*|| Rк. При низкоомной нагрузке, когда Rк«rк*, выходное сопротивление усилителя будет определяться величиной сопротивления резистора, включенного в коллекторную цепь транзистора Rк. |