Тема: Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Каскад усиления переменного тока по схеме ОЭ построен на биполярном транзисторе n-p-n (рис.7.1). Расчет каскада сводится к выбору точки покоя на статической линии нагрузки, определению величин R _к и R_Б по заданным параметрам нагрузки, например, U _{m вых} и R _н, и напряжению источника питания E _к.

Выбранная точка покоя должна обеспечить требуемую величину тока в нагрузке, напряжения на нагрузке без нелинейных искажений и удовлетворять предельным параметрам транзистора. Поэтому ток покоя:

I _кп³ I _mн= U _{m вых}/ R _н

Напряжение покоя обычно выбирается U _кэп= E _к/2, чтобы обеспечить максимальное выходное напряжение без искажений.

Уравнение статической линии нагрузки

I _к=

Линию нагрузки можно построить в координатах I _к, U _кэ по двум точкам. Одна из них - точка покоя П, координаты которой определены. Вторая может быть получена согласно уравнению - если принять I _к=0, то U _кэ= E _к. Построение статической линии нагрузки показано на рис.7.2 (линия ав).

Чтобы обеспечить заданный режим покоя, надо рассчитать величины R _к и R_Б:

R _к= ;

R_Б = ; I_{Б п}= I _Кп/ h ₂₁

При работе каскада в режиме холостого хода и i _вх= I _mвх sinwt рабочая точка перемещается по статической линии нагрузки в обе стороны от точки покоя. Амплитуда переменной составляющей напряжения коллектор-эмиттер или равного ей выходного напряжения не может быть больше E _к/2.

При работе каскада на нагрузку в коллекторную цепь параллельно R _к включается R _н. Поэтому режим работы каскада меняется. Рабочая точка перемещается по динамической линии нагрузки, уравнение которой

;

Динамическая линия нагрузки должна проходить через точку покоя П (частный случай - Di _кэ=0). Вторую точку можно получить, задавшись приращением Di _к и подсчитав изменение напряжения DU_кэ относительно координат точки покоя. Динамическая линия нагрузки показана на рис.7.2 (c-d). Очевидно, что угол между осью U _кэ и динамической линией нагрузки тем больше, чем меньше R _н (при R _н=0 он составит 90°). В связи с этим предельная амплитуда выходного напряжения U _{вых пр} с уменьшением R _н становится меньше E _к/2. Это может вызвать появление нелинейных искажений. Если заданное значение U _{m вых}, больше, чем U _{вых пр}, чтобы избежать нелинейных искажений, надо сместить точку покоя. Увеличивают I _кп и анализ повторяют.

Динамические параметры каскада:

к_и = ;

;

к_р=к_ик_i.

Контрольные вопросы

1. Объяснить принцип работ каскада усиления, назначение основных элементов схемы.

2. Какими параметрами характеризуется усилитель?

3. Какое влияние на параметры каскада оказывает R_к?

4. Что такое нелинейные искажения и причина их появления?

5. Можно ли получить неискаженный выходной сигнал, если заданное U _{вых m}> E _к/2?

6. Какое влияние оказывает R _Б на положение точки покоя?

7. Всегда ли нужно выбирать U _кэп» E _к/2?

Тема: Схемы на операционных усилителях.