Анализ работы широкополосного усилителя по схеме с общим эмиттером

Электронные усилители

Электронные усилители — предназначены для усиления слабых электрических сигналов. Основным параметром усилительного каскада являются: коэффициент усиления по напряжению.

.

Коэффициент усиления по току Коэффициент усиления по мощности.

.

По частотному принципу усилители различаются на: усилители постоянного тока (УПТ), усилитель низкой частоты (УНЧ), усилитель высокой частоты (УВЧ). Для импульсных усилителей широко применяют широкополосные усилители.

Широкополосный усилитель

Усилитель выполнен по схеме с общим эмиттером, так как в этой схеме эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепи (рисунок 7.1). На основании закона Кирхгофа для коллекторной цепи можно записать следующее уравнение электрического состояния.

Точки пересечения прямой с выходными характеристиками дают графическое решение уравнения (7.5) для данного при различных значениях тока базы (рисунок 7.2,б).

.

Расчёт основных режимов и параметров можно осуществлять графически. Для этого на семействе выходных характеристик надо провести нагрузочную характеристику. Её строят по двум точкам. На основании уравнения.

.

В точке 1:, при .

В точке 2:, при .

Рисунок 7.1 — Однокаскадный широкополосный усилитель.

По точкам пересечения нагрузочной прямой с выходными характеристиками, строим переходную характеристику — рисунок 7.2,в. На ней выделяется линейный участок и на его середине находится рабочая точка (РТ). Проекция рабочей точки на горизонтальную ось позволяет определить начальный ток базы, обеспечивающий этот режим работы, и амплитуду входного тока. Пользуясь входной характеристикой (рисунок 7.2,в), можно определить амплитуду напряжения входного сигнала для работы на линейном участке переходной характеристики. Режим выбирается так, чтобы нагрузочная прямая проходила левее и ниже допустимых значений, , (рисунок 7.2,б) и обеспечивала достаточно протяжённый линейный участок переходной характеристики. При выполнении этих условий транзистор будет работать в области допустимых значений напряжений, токов, мощности и может усиливать входные сигналы без искажений. Сопротивление коллекторной нагрузки обычно имеет значения порядка нескольких сот Ом или единиц килоОм (кОм).

Резистор, включенный в цепь базы, обеспечивает требуемую работу транзистора в линейном режиме. Его величина, а также начальное значение тока базы и начальное оптимальное значение напряжения между базой и эмиттером, связаны выражением.

Такой режим, когда рабочая точка находится на средине прямолинейного участка входной и переходной характеристик, называется режимом класса А. Переменное напряжение от источника входного сигнала подаётся на базу через разделительный конденсатор. Конденсатор на выходе усилителя обеспечивает выделение переменной составляющей из коллекторного напряжения, которая может подаваться на нагрузочное устройство.

На рисунке 7.2 представлены временные пояснительные диаграммы применительно к этой схеме усилителя.

Как следует из диаграмм, до момента времени на базе действовало постоянное напряжение, в коллекторной цепи проходил постоянный начальный ток, а на коллекторе было постоянное начальное напряжение. При подаче на вход усилительного каскада входного сигнала, в соответствии с представленными диаграммами,.

Рисунок 7.2 — Временные пояснительные диаграммы будут изменяться, ,. Благодаря тому, что коллекторный ток во много раз превышает ток базы, а сопротивление как правило, больше, то усиленное напряжение на выходе каскада с общим эмиттером будет во много раз больше входного напряжения.

Если изменения входного напряжения, тока базы и тока коллектора укладываются в линейные участки входной и переходной характеристик, то форма выходного напряжения будет соответствовать форме входного напряжения, но только с изменением фазы на 180°, если сигнал синусоидальной формы.

При больших уровнях входного сигнала рост выходного напряжения замедляется, коэффициент усиления уменьшается. Для оценки диапазона изменения входных сигналов усиливаемых без искажений, используют амплитудную характеристику:

.

Для расчёта усилительного каскада используют схему замещения (рисунок 10.4), из анализа которой были выведены формулы для расчёта коэффициента усиления по напряжению, а также входного и выходного сопротивлений.

.

где — коэффициент усиления транзистора по току; - выходная проводимость;

— входное сопротивление.

Так как, то формула для расчёта коэффициента усиления упрощается.

Рисунок 7.3 — Схема замещения для расчёта усилительного каскада Входное сопротивление на низких частотах.

.

Выходное сопротивление усилительного каскада с общим эмиттером определяется выражением.

.

Входное сопротивление усилительного каскада обычно имеет значение нескольких сот Ом, а выходное сопротивление обычно больше входного. Если внутреннее сопротивление источника ЭДС входного сигнала большое, то входное напряжение усилительного каскада может быть значительно меньше ЭДС, при этом.

.

Если, то существенно снижается коэффициент усиления каскада и тогда.

.

Следует отметить, что усилительные каскады также усиливают ток и мощность.

Коэффициент усиления по току.

.

по мощности. [1].