Принцип построения усилительных каскадов
Схемы усилительных каскадов очень разнообразны, но принцип построения у них один и тот же. Рассмотрим это на примере структурной схемы (рисунок 2.2).
Основными элементами каскада являются усилительный элемент УЭ, которым является биполярный или полевой транзистор, или лампа, резистор R и источник питания Е.
Рисунок 2.2 – Структурная схема усилителя |
Одним из наиболее распространенных усилительных каскадов является каскад с общим эмиттером ОЭ (рисунок 2.3).
Основные элементы схемы:
ЕК – источник питания («+» ЕК для n-p-n, «−» EК для p-n-p);
VT – биполярный транзистор n-p-n типа;
RК – сопротивление в цепи коллектора, с помощью которого создается выходное напряжение.
Эти элементы образуют главную цепь усилительного каскада, в которой за счет протекания управляемого по цепи базы коллекторного тока создается усиленное напряжение на выходе схемы.
Остальные элементы каскада выполняют вспомогательную роль:
- СР1 – разделительный конденсатор, который не пропускает
Рисунок 2.3 – Схема усилительного каскада с ОЭ |
- СР2 – разделительный конденсатор, не пропускает постоянную составляющую напряжения в нагрузку или в следующий каскад;
- R1 / R2 – делитель напряжения, включенный в цепь базы.
Обеспечивает требуемую работу транзистора в режиме покоя, т. е. в отсутствие входного сигнала. Благодаря этим резисторам можно получить оптимальные значения Iб и Uб, соответствующие середине линейного участка входной характеристики, т. е. рабочей точке П, а также середине переходной характеристики и середине рабочего участка нагрузочной прямой на выходной характеристике (рисунок 2.4).
При подаче на вход усилительного каскада переменного напряжения Uвх, Iб будет изменяться в соответствии с входной характеристикой, т. е. кроме постоянной составляющей Iбп он будет иметь переменную составляющую iб. Одновременно с этим в транзисторе будут изменяться эмиттерный IЭ и коллекторный IК токи.
Переменная составляющая коллекторного напряжения представляет собой выходное напряжение усилительного каскада, которое численно равно и противоположно по фазе переменной составляющей падения напряжения на резисторе Rк:
Uвых = − Rк iк;
Uвх = Rвх iвх,
где Rвх – входное сопротивление усилительного каскада (УК), которое примерно равно входному сопротивлению транзистора;
iвх ≈ iб – входной ток, примерно равный току базы.
Т.к. Iк >> Iб, Rк >> Rвх, то Uвых каскада с ОЭ получается намного больше Uвх.
Рисунок 2.4 – Входная, переходная и выходная характеристики УК с ОЭ