Підсилювачі на БТ. Принципова схема зі СЕ. Особливості

Усилитель – это устройство (четырехполюсник), увеличивающий мощность сигнала. Увеличение мощности происходит за счет преобразования энергии источника питания в энергию сигнала. Форма сигнала при усилении должна быть без существенных искажений.

Усилители используются для компенсации потерь при передаче информационных сигналов на большие расстояния, для создания нормальных условий восприятия информации человеком и т.д.

Схемотехника усилителей на транзисторах отличается многообразием и сложностью. Можно выделить три основные схемы, на основе которых строятся более сложные схемы. При использовании биполярных транзисторов различают:

- усилитель с общей базой (ОБ);

- усилитель с общим эмиттером (ОЭ);

- усилитель с общим коллектором (ОК).

Рисунок 1 – Схема усилителя с ОЭ

Усилитель с общим эмиттером (ОЭ) принципиальная схема которого приведена на рис.1, является делителем напряжения Ек, в верхнем плече которого включен резистор нагрузки коллекторной цепи Rк, а в нижнем – транзистор VT.

Поэтому напряжение между коллектором и эмиттером составляет:

Эмиттер транзистора соединен с корпусом усилителя. Во входную цепь подается напряжение смещения Еб = 0,6 – 0,8В. Это напряжение предназначено для того, чтобы открыть эмиттерный переход и обеспечить постоянный ток коллектора в активном режиме работы транзистора. Величина начального постоянного тока коллектора определяется техническими условиями эксплуатации и для маломощных транзисторов составляет I_КН=0,1…10мА. Усиление по мощности осуществляется за счет энергии источника питания Ек=5…20В (полярность должна быть такой, чтобы закрыть коллекторный переход). Основное назначение разделительного конденсатора Ср₁ – не пропустить на вход усилителя постоянное напряжение, которое может присутствовать во входном сигнале. Кроме того, Ср₁ не пропускает на входную клемму усилителя напряжение смещения, присутствующее на базе.

Еб, Iкн, Ек определяют режим усилителя по постоянному току.

Совокупность переменных токов и напряжений на элементах каскада определяют режим усилителя по переменному напряжению.

Напряжение питания Ек состоит из падения напряжения на резисторе нагрузки IкRк и напряжения коллектора Uкэ:

Отсюда получим уравнение линии нагрузки (нагрузочной прямой):

Нагрузочную прямую можно построить по двум точкам на осях координат:

Точка 1: Iк=0, т.е Uкэ=Ек

Точка 2: Uкэ=0, тогда Iк= Ек/Rк.

Пересечение линии нагрузки с заданной характеристикой определяет рабочую точку (РТ). Рабочая точка определяет режим транзистора, т.е. совокупность постоянных напряжений и токов в состоянии покоя (при отсутствии сигнала).

Рисунок 2 – Диаграмма работы усилителя с ОЭ

Параметры режима покоя следующие:

- постоянный ток базы I_Б= I_0Б;

- постоянное напряжение между базой и эмиттером U_БЭ=U_0Б;

- постоянное напряжение между коллектором и эмиттером U_КЭ=U_0К;

- постоянный ток коллектора Iк=I_0К.

Усилитель работает следующим образом.

В начальном состоянии (при отсутствии сигнала) до момента t₀ входной ток Iвх=0, т.к. Uвх=0. Параметры РТ составляют I_Б= I_0Б; U_БЭ=U_0Б; U_КЭ=U_0К; Iк=I_0К – вокруг них размещаются мгновенные значения сигнала.

При наличии сигнала в момент t₁ на входе действует положительный полупериод входного напряжения U_max. Он увеличивает до максимальных величин напряжение базы U_Бmax и её ток I_Бmax. Транзистор дополнительно открывается и максимальный ток коллектора I_Кmax создает максимальное падение напряжения на резисторе нагрузки I_КmaxR_K (точка 3). Минимальное напряжение коллектора:

В момент t₂ на входе действует отрицательный полупериод входного напряжения U_max. Он уменьшает до минимальных величин напряжение базы U_Бmin и её ток I_Бmin. Транзистор дополнительно закрывается и минимальный ток коллектора I_Кmin создает минимальное падение напряжения на сопротивлении нагрузки I_КminR_К. Режим транзистора определяется при этом точкой 4.

Напряжение коллектора максимально:

.

Таким образом, в цепи коллектора образуется увеличенная копия U_КЭ входного напряжения U_ВХ.

Выходное напряжение отличается от коллекторного только тем, что не имеет постоянной составляющей U_0К, которую не пропускает разделительный конденсатор Ср₂.

Итак, максимальное входное напряжение создает минимальное выходное и наоборот, т.е. усилитель с ОЭ переворачивает фазу входного сигнала на 180°. А форма выходного напряжения является копией входного.

Местоположение РТ на характеристике определяется значением сопротивления резистора в цепи базы: