Усилитель на биполярных транзисторах

Принцип построения усилителя можно сформулировать (рис. 2.4.)

Принцип усиления основывается на преобразовании энергии источника постоянного напряжения (Е_к) в энергию переменного напряжения в выходной цепи за счет изменения сопротивления УЭ по закону, определяемому входным сигналом.

Теперь перейдем непосредственно к рассмотрению принципа работы усилителя по схеме с ОЭ.

Для того чтобы рассмотреть принцип действия простейшего усилителя с ОЭ, вернемся к схеме рис. 2.4. Источник напряжения E _к >U _ке.н, где U _ке.н обозначено на выходной характеристике транзистора через сопротивление R_к. Выходной сигнал подается на базу транзистора. Построим зависимостьUкэ=f(u_бэ), называемую передаточной характеристикой каскада. Анализ передаточной характеристики показывает, что при увеличении

U_бэ – растет I_б, а значит I_к= βI_б +(β+1)I_кбо. В результате растет падение напряжения на R т.е. U_кэ снижается, т.е_. U_кэ =E-I_к R.

Это будет иметь место до U_кэ=U_кэн, в дальнейшем увеличение U_бэ не будет оказывать влияние. В этот момент ток коллектора будет

Выводом из передаточной характеристики будет то, что при увеличении входного сигнала происходит уменьшение выходного сигнала. Таким образом, такой режим будет наз. инвертирующим.

Усилители могут работать в различных классах усиления

- Класс В U_бэ=U_вх, при этом получаем на выходе однополярный сигнал, т.е. часть информации теряется.

- Класс А - одновременно со входным сигналом подается постоянное напряжение смещения. Таким образом, U_бэ =U_вх +U_см и входной сигнал передается полностью, без искажения. В таком усилителе существует так называемый режим покоя. В этом режиме при отсутствии входного сигнала и отключенных источниках питания. U_бэ =U_бэп, I_б =I_бп, U_кэ=U_кэп. При приложении входного сигнала получим U_бэ =U_бэп +U_вх U_кэ =U_кэп + Δ U_кэ, где Δ U_кэ - полезный сигнал.

Рис..2.4. Схема усилителя Рис.2.5 Передаточна характеристика

на биполярном транзисторного усилителя

транзисторе

Формирование смещения возможно, при помощи фиксированного тока базы с использованием одного источника напряжения. Такая схема приведена на мал. 2.5.

Рис. 2.5. Схема формирования смещения.

Ключевой режим

В этом режиме очень большой входной сигнал, его искажает усилитель, и такой режим применяется импульсной технике для получения прямоугольных сигналов. Выбор класса усилителя и режим покоя определяется мощностью потерь, а это в свою очередь нагревом транзисторов.

2.3.2.Режим покоя в каскаде с ОЭ. В начале будем рассматривать упрощенный вариант, когда R_э=0. В такой схеме (рис.2.6.) появилась выходная цепь, к которой

приложено выходное напряжение.

Во входной цепи находятся два источника (источник смещения и источник питания). Происходящие в усилители процессы показаны на временных диаграммах. При U_вх=0 усилитель находится в режиме покоя, т.е. его параметры – это параметры покоя.. При этом к базе и коллектору приложено напряжение (U_бэп, U_кэп). Учитывая, что в режиме покоя необходимо ввести в выходную цепь доп. источникU_комп =U_кэп. При приложении входного сигнала на выходе появится приращение всех параметров. Это значит, что токи, напряжения (мгновенные значения) могут быть найдены графическим методом.

1). Связь между током и напряжением в транзисторе выражаются при помощи ВАХ

Ik=ƒ(U_кэ) I_б=const (нелинейный элемент)

2). В режиме покоя U_комп =U_кэп, т.е. ответвление тока в выходную цепь не происходит. Таким образом, уравнение линейной части схемы записывается следующим образом

I_k=(E_k-U_кэп),/R_k

Эту систему решаем графическим способом.

Для этого строим семейство характеристик I_k=ƒ(U_кэ). Через это семейство проводим линию нагрузки по постоянному току. Как?

I_k=0 U_кэ=Е_к

U_кэ=0 I_k=E_k/R_k

Через эти точки проводим прямую. Если задать значение тока базы, то точка пересечение этой прямой с соответствующей характеристикой, будет решением системы.

Рис..2.6. Схема каскадас ОЭ, Временые диаграммы тока и напряжения в схеме с Оэ