Однокаскадный усилитель с общим эмиттером. Принцип работы усилителя на биполярных транзисторах

В усилителях на биполярных транзисторах используется три схемы подключения транзистора:с общей, с общим эмиттером, с общим коллектором.

В схеме включения транзистора с общим эмиттером усилитель обеспечивает усиление по напряжению, по току, по мощности. Такой усилитель имеет средние значения входного и выходного сопротивления по сравнению со схемами включения с общей базой и общим коллектором.

Параметры транзистора в значительной степени зависят от температуры. Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению рабочего режима транзистора в простой схеме усилителя при включении транзистора с общим эмиттером.

Для стабилизации режима работы транзистора при изменении температуры используют схемы эмиттерной стабилизации режима работы транзистора.

На рисунках 5.14 и 5.15 приведены схемы однокаскадных усилителей на биполярных транзисторах n-p-n и p-n-p типов с эмиттерной температурной стабилизацией режима работы транзистора.

Проследим цепи, по которым протекают постоянные токи в усилителе по схеме рисунка 5.14. Постоянный ток делителя напряжения протекает по цепи: плюс источника питания, резисторы R1, R2, минус источника питания. Постоянный ток базы транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R1, переход база-эмиттер транзистора VT1, резистор Rэ, минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор RК, выводы коллектор-эмиттер транзистора, резистор Rэ, минус источника питания. Биполярный транзистор в составе усилителя работает в режиме, когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор - в обратном. Поэтому постоянное напряжение на резисторе R2 будет равно сумме напряжения на переходе база-эмиттер транзистора VT1 и напряжения на резисторе Rэ:UR2=Uбэ+URэ. Отсюда следует, что постоянное напряжение на переходе база-эмиттер будет равноUбэ= UR2 - URэ.

Введение

Транзистор - это полупроводниковый электронный прибор, управляющий током в электрической цепи, за счёт изменения входного напряжения или тока. Но по сути это обычный выключатель, включающий и выключающий ток, на котором, кстати, и основан компьютерный код, где 1 означает то, что ток есть, а 0 его отсутствие. Изобретению этого устройства мы обязаны американской лаборатории Bell Labs, в которой Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в далёком 1947 году создали его. Но как всегда и бывает с великими изобретениями, первоначально оно не было замечено общественностью, и только через 9 лет учёные получили Нобелевскую премию в области физики. Само же название “transistor” было придумано их коллегой Джоном Пирсом, который сложил его из 2 слов - “transfer” - переносить и “resistance” - сопротивление.

Первыми заметившими изобретение стали радиолюбители, использующие их для усиления сигнала. Почувствовав, что изобретение может принести прибыль, лаборатория решила продавать лицензии на использование транзисторных технологий. Успех не заставил себя долго ждать, и уже в 1956 году появился первый портативный радиоприёмник, что было раньше невозможно из-за использования громоздких ламп, а компактные транзисторы легко справлялись с этой задачей, что позволяло теперь всегда носить музыку с собой. Изобретения такого портативного устройства показало всю важность и востребованность новой технологии, что стало привлекать в эту сферу новые пытливые умы изобретателей. И через 2 года Джеком Килби и Робертом Нойсом был сделан гигантский шаг в развитии транзисторов, с помощью своей новой технологии они объединили их в одну микросхему. Этот революционный шаг познакомил Нойса с Гордоном Муром, с которым в 68-ом году он создает компанию Intel.

Именно микросхема, основанная на транзисторах, ознаменовала начало нового этапа в электронике, и именно она сделала возможным появление современных компьютеров. В 1965 году в одной из публикаций был сформулирован “закон Мура”, который говорил, что число транзисторов в микросхеме должно удваиваться с каждым годом. Этому закону постоянно предсказывают кончину, но вот уже больше сорока лет он продолжает работать. К примеру, в первом процессоре Intel 4004, выпущенном в 1971 году было 2300 транзисторов, а к 1989 году Intel 486 насчитывал их уже 1 200 000. Так, обходя на своём пути множество преград и постоянно совершенствуясь, последний процессор Intel Core 2 Extreme перевалил собой отметку в 820 000 000 транзисторов.

Таким образом, уже более шестидесяти лет одно маленькое изобретение продолжает двигать технологии вперёд, постоянно поднимая их на новый уровень. И уже, наверное, невозможно представить, как выглядел бы мир без этого маленького устройства.

Задание на курсовую работу

Определить узловые потенциалы в схеме. Построить передаточную характеристику схемы на участке база-коллектор транзистора) и нанести на нее рабочую точку. Обозначить на характеристике области работы транзистора.

Оценить расчетным путем основные малосигнальные параметры рассматриваемой схемы.

Определить по входным и выходным вольт-амперным характеристикам транзистора области работы усилителя без нелинейных искажений.

Построить принципиальную схему с узловыми потенциалами, передаточной, переходной, семейств входных и выходных вольт-амперных, амплитудно-частотной характеристик с помощью прикладной программы компьютерного моделирования и исследования электронных схем (Electronics Workbench, Multisim, Micro-Cap).

Сравнить результаты с полученными расчетным путем.

Рис.1

Табл.1 Исходные данные

			Тип транзистора

Параметры транзистора КТ3102Г.

Транзистор кремниевый, n-p-n структуры.

Табл.2 Параметры транзистора КТ3102Г

Обозначение	Значение	Параметр
		Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (приводится диапазон допустимых значений)
		Граничная частота усилителя
		Емкость коллекторного перехода (Cк) при напряжении на коллекторе (Uкб)
Uкэ.нас/(Iк/Iб),		Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (Uкэ.нас) биполярного транзистора при заданном токе коллектора (Iк) и заданном токе базы (Iб)
Uбэ.нас/(Iк/Iб),		Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (Uбэ.нас) биполярного транзистора при заданном токе коллектора (Iк) и заданном токе базы (Iб)
		Обратный ток коллектора
		Обратный ток эммитера
		Максимально допустимое постоянное напряжение эмиттер-база
		Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер
		Максимально допустимый ток коллектора
		Максимально допустимая рассеиваемая мощность на коллекторе

Табл.3 Ряды номинальных значений параметров типовых радиоэлементов (ГОСТ 2825-67)

Индекс ряда	Числовые коэффициенты, умножаемые на 10

Так как в курсовой работе будет использоваться приложение Workbench 5.12, в котором отсутствует транзистор КТ3102Г, то вместо него будем использовать его зарубежный аналог BC109C, который схож с ним по параметрам. Поэтому расчетные значения могут отличаться от значений, полученных при использовании приложения Workbench.

Статический коэффициент усиления базового тока выбираем равным 500.

Так как транзистор кремниевый, то контактная разность обоих переходов равна - значение напряжения база-эмиттер. Так как - источник постоянного напряжения, то схему можно упростить, убрав все конденсаторы и ненужные резисторы. Также уберем из схемы источник переменного напряжения и получим схему изображенную на рис.2

Рис.2

Предположим, что транзистор находится в нормальной активной области. Учитывая, что рабочая точка находится в классе А, рассчитаем напряжение коллектора.

Для малосигнальных схем напряжение на Rэ составляет 5-30% напряжения Eк, поэтому выберем 10%.

Определим сопротивления и, для этого рассчитаем ток эмиттера, используя для этого коэффициент усиления эмиттерного тока, выраженного через коэффициент усиления базового тока:

По условию в=500, тогда

Аналогично рассчитаем базовый ток:

Получаем:

Если пренебречь током базы, то на участке А-В протекает ток равный отношению:

Из выражений (2) и (3) следует, что

Найдем сопротивление базы. Для этого нам понадобится коэффициент нестабильной рабочей точки каскада, выражаемый как:

Отсюда вычислим номинал сопротивления RБ, который так же равен параллельному соединению резисторов R1 и R2.

Решая систему из уравнений (4) и (5) найдем R2 и R1

Получаем:

Номинальные значения резисторов возьмем в соответствии с рядом Е24, тогда получим:

Задание 2

Рассмотрим узловые потенциалы в схеме. Построить передаточную характеристику схемы на участке база-коллектор транзистора) и нанести на нее рабочую точку. Обозначить на характеристике области работы транзистора.

Рассмотрим узловые потенциалы в схеме изображенной на рис.3.

Рис.3

Найдем разность потенциалов на эмиттере:

однокаскадный усилитель биполярный транзистор

Найдем разность потенциалов на базе:

Найдем разность потенциалов на коллекторе:

Получили узловые потенциалы:

Для построения передаточной характеристики воспользуемся приложением Workbench 5.12. Для того чтобы построить зависимость, нужно в схеме поставить два вольтметра: первый - для снятия потенциала базы, ставится между базой и “землей”, второй - для снятия потенциала коллектора, ставится между коллектором и “землей”. Так же для того, чтобы регулировать потенциал базы в схему вводят источник ЭДС подсоединенный к базе (Рис.4).

Рис.4

Рис.5

На передаточной характеристике (рис. 5) показана рабочая точка (РТ) соответствующая значениям:

Задание 3

Оценить расчетным путем основные малосигнальные параметры рассматриваемой схемы. А также при какой амплитуде входного сигнала в схеме возникнут нелинейные искажения.

Рис.6

Исходные данные:

Для транзистора сопротивление p-n перехода составляет:

Принимаем

Рассчитаем входное сопротивление в схеме с общим эмиттером:

Рассчитаем коэффициент усиления по току:

Найдем сопротивление, когда нагрузка включена параллельно с сопротивлением коллектора:

Рассчитаем коэффициент усиления по напряжению:

Рассчитаем коэффициент усиления по мощности:

Рассчитаем входное сопротивление схемы:

Рассчитаем выходное сопротивление схемы:

Рассчитаем:

Задание 4

Необходимо узнать при какой амплитуде входного сигнала в схеме возникнут нелинейные искажения. Амплитуда выходного сигнала не может быть больше, чем.

Найдем действующее значение амплитуды входного сигнала:

Построим выходные ВАХ транзистора - (берем из справочника в электронном виде) (Рис.7).

Рис.7

На выходных ВАХ транзистора нанесем рабочую точку, а так же нагрузочную прямую по постоянному (А-Б) и переменному току.

Нагрузочную прямую по постоянному току построим по двум крайним случаям.

Первый случай (А): транзистор полностью открыт

Второй случай (Б): транзистор полностью закрыт

Для того чтобы построить рабочую точку на ВАХ следует провести прямую на уровне до пересечения со статической нагрузочной прямой. Это пересечение и будет являться рабочей точкой.

Прямая по переменному току имеет наклон и проходит через рабочую точку. Так как масштаб оси OY в мили Амперах то полученное значение б надо умножить на 1000.

Задание 5

На основе сведений о нижней граничной частоте полосы пропускания усилителя с учетом данных о сопротивлениях нагрузки и источника сигнала определить емкости разделительных и блокировочного конденсаторов.

Учитывая, что

Найдем емкости разделительных (Cp1 и Cp2) и блокировочного (Сбл) конденсаторов.

При расчете постоянной времени ф для каждого из конденсаторов будем учитывать только данный конденсатор, считая, что другие конденсаторы заменяют соответствующие точки в схеме.

Получим следующие эквивалентные схемы для расчета постоянных времени.

Рис.8

Для начала рассчитаем постоянную времени для нижней частоты:

Примем, что все постоянные времени равны между собой:

Рассчитаем значения и, а также:

Получаем:

Номинальные значения резисторов возьмем в соответствии с рядом E24,тогда получаем:

Задание 6

Построить АЧХ и ФЧХ усилителя, по которым определить граничные частоты полосы пропускания усилителя.

Вычислим верхнюю граничную частоту полосы пропускания усилителя. Для этого нам понадобится параметр при.

Верхняя граничная частота любого усилительного каскада определяется по формуле (8).

Коэффициент G для каскада с общим эмиттером определяется по формуле (10).

Определим - среднее время жизни неосновных носителей заряда в базе:

Определим эквивалентную емкость коллекторного перехода:

Емкость перехода при нулевом смещении;

Контактная разность потенциалов, которая равна 0,7 В;

Напряжение на переходе.

Найдем ширину полосы пропускания:

Построим АЧХ и ФЧХ для однокаскадного усилителя. Для этого воспользуемся приложением Workbench 5.12. В схему надо добавить генератор импульсов (Function Generator), а так же надо подключить Bode Plotter в схему таким образом, чтобы вход его был подключен к одному из зажимов на входе схемы, а выход к одному из зажимов выхода схемы (Рис.9).

Рис.11

Заключение

В ходе проделанной курсовой работы произведены расчеты основных параметров однокаскадного усилителя BC109C. Определили сопротивления резисторов, входящих в схему, емкости разделительных Cp1 и Cp2 и блокировочного конденсатора Сбл. А также малосигнальные параметры схемы Kuo, Kio, Kp, Rвх, Rвых.

Список литературы

1) Гусев В.Г., Гусев М.Ю. Электроника. -М.: “Высшая школа”. 1991 -622с.: ил.

2)Рекус Г. Г., Чесноков В. Н. Лабораторные работы по электротехнике и основам электроники: Учеб. пособие для неэлектротехн. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1989. - 240 с.: ил.

3)Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб. пособие. - Ростов н/Д изд-во «Феникс»,2000. - 448 с. Прикладное программное обеспечение: Electronic Workbench Pro Edition

Страница 1 из 2

Принцип работы транзисторного усилителя основан на том, что с помощью небольших изменений напряжения или тока во входной цепи транзистора можно получить значительно большие изменения напряжения или тока в его выходной цепи.
Изменение напряжения эмиттерного перехода вызывает изменение токов транзистора. Это свойство транзистора используется для усиления электрических сигналов.
Для преобразования изменений коллекторного тока, возникающих под действием входных сигналов, в изменяющееся напряжение в коллекторную цепь транзистора включают нагрузку. Нагрузкой чаще всего служит резистор или колебательный контур. Кроме того, при усилении переменных электрических сигналов между базой и эмиттером транзистора нужно включить источник постоянного напряжения, называемый обычно источником смещения, с помощью которого устанавливается режим работы транзистора. Этот режим характеризуется протеканием через его электроды при отсутствии входного электрического сигнала некоторых постоянных токов эмиттера, коллектора и базы. С применением дополнительного источника увеличиваются размеры всего устройства, его масса, усложняется конструкция, да и стоят два источника дороже, чем один. В то же время можно обойтись одним источником, употребляемым для питания коллекторной цепи транзистора. Одна из таких схем усилителя показана на рисунке.

В этой схеме нагрузкой усилителя является резистор R K , а используя резистор R б, задают необходимый ток базы транзистора. Если режим работы транзистора задан (при этом часто говорят, что задана рабочая точка на характеристиках транзистора), становятся известными ток базы и напряжение U БЭ, а сопротивление резистора R б, обеспечивающего этот ток, можно определить по формуле:
R б =(G K -U БЭ)/I Б.
Так как U БЭ обычно составляет не более 0,2...0,3В для германиевых транзисторов и 0,6...0,8 В — для кремниевых, а напряжение G K измеряется единицами или даже десятками вольт, то U БЭ < и можно записать:
R б ≈G K /I Б.
Из выражений следует, что независимо от типа транзистора VT ток его базы будет постоянным: I Б = G K /R б. Поэтому такая схема получила название схемы с общим эмиттером (ОЭ) и фиксированным током базы.
Режим работы транзистора в усилительном каскаде при постоянных токах и напряжениях его электродов называют исходным, или режимом покоя.
Включение нагрузки в коллекторную цепь транзистора приводит к падению напряжения на сопротивлении нагрузки, равному произведению I K R K .
В результате напряжение, действующее между коллектором и эмиттером Uкэ транзистора, оказывается меньше, чем напряжение G K источника питания на величину падения напряжения на сопротивлении нагрузки, т. е.:
U КЭ =G K -I K R K .
Если эту зависимость отобразить графически на семействе статических выходных характеристик транзистора, то она будет иметь вид прямой линии. Для ее построения достаточно определить всего две принадлежащие ей точки (так как через две точки можно провести только одну прямую). Каждая точка должна быть задана двумя координатами: I K и U КЭ.
Задавшись конкретным значением одной из координат, определяют вторую координату, решая уравнение U КЭ =G K -I K R K . Прямая, построенная в соответствии с уравнением на семействе статических выходных характеристик, транзистора, называется нагрузочной прямой.
Нагрузочная прямая, показанная на рисунке (а), построена для случая, когда G K =10В и R К =200 Ом.

1-я точка: =0;U КЭ =G K —0R K =G K =10 В;
2-я точка: I K =30 мА; U КЭ =10—30-10^3-200=10—6=4 В.

Если в исходном режиме (режиме покоя) ток базы равен 2 мА, этот режим будет определяться точкой A, лежащей на нагрузочной прямой в месте пересечения ее со статической выходной характеристикой, полученной при I БО =2 мА. При этом I КО =20 мА; U КЭO =5,8 В. Если перенести точку A на семейство входных характеристик (рис., б), можно найти U БЭО. Оно равно 0,25 В.
При подаче на вход усилителя переменного напряжения с амплитудой 50 мВ (0,05 В) на оси напряжений входных характеристик относительно напряжения U БЭО =0,25 В откладывают по обе стороны отрезки, соответствующие напряжению 0,05 В, и из их концов восстанавливают перпендикуляры к оси U БЭ до пересечения со статической характеристикой, на которой расположена точка А, обозначающая режим покоя усилителя. В точках пересечения перпендикуляров с характеристикой проставляют буквы В и С. Таким образом, при поступлении на вход переменного напряжения режим работы будет уже определяться не точкой А, а ее перемещениями между точками В и С. При этом ток базы изменяется от 1 до 3 мА. Другими словами, переменное напряжение на входе усилителя приводит к появлению переменной составляющей в его входном токе — токе базы. В данном примере амплитуда переменной составляющей тока базы, как видно из рисунка, равна 1 мА.
Точки B и С можно перенести на семейство выходных характеристик. Они будут находиться в местах пересечения нагрузочной характеристики со статическими, полученными при токах базы, равных 1 и 3 мА. Из этого рисунка, видно, что в режиме с нагрузкой появилась переменная составляющая коллекторного напряжения. Иначе, коллекторное напряжение теперь не остается постоянным, а изменяется синхронно
с изменениями входного напряжения. Причем изменение коллекторного напряжения ΔU КЭ =7,5—4,3=3,2В оказывается больше изменения входного напряжения ΔU БЭ =0,3—0,2=0,1В в 32 раза; т. е. получено усиление входного напряжения в 32 раза.
Поскольку напряжение источника питания G K постоянное, изменение коллекторного напряжения равно изменению напряжения на резисторе коллекторной нагрузки, т. е.ΔU КЭ = ΔI К R К. Из этого выражения видно, что чем больше сопротивление резистора R К, тем сильнее изменяется на нем напряжение и тем больше будет усиление. Однако увеличивать сопротивление резистора R K можно лишь до некоторого предела, превышение которого может привести даже к снижению усиления и появлению больших искажений усиливаемого сигнала.
В усилителе, схема которого приведена на верхнем рисунке, режим работы транзистора определяется током базы, который устанавливается резистором R б. Режим работы транзистора можно также установить, подав на его эмиттерный переход напряжение с делителя R1R2.

Ток делителя I Д, протекающий через резисторы R1 и R2, вызывает на сопротивлении резистора R2 падение напряжения, которое подается на эмиттерный переход транзистора и смещает его в прямом направлении. Это напряжение определяется в основном соотношением сопротивлений резисторов R1,R2 и протекающим через них током I Д и почти не зависит от типа транзистора. Поэтому такую схему иногда называют схемой с фиксированным напряжением смещения.

Усилительные каскады могут быть построены по трем схемам включения транзистора ОЭ, ОК и ОБ. Наиболее распространенная схема усилительного каскада ОЭ на транзисторе п-р-п типаприведена на рис.6, а.

Переменное напряжение U вх , задаваемое источником входного сигнала с действующим значением ЭДС Е и и внутренним сопротивлением R и, подводится к входу усилителя через разделительный конденсатор С р1 .Усиленное переменное напряжение, выделяемое на коллекторе транзистора, поступает в нагрузку R н через разделительный конденсатор С р2 . Конденсатор С р1 препятствует передаче постоянной составляющей напряжения входного сигнала на вход усилителя, которая может вызвать нарушение режима работы транзистора. Конденсатор С р2 разделяет выходную коллекторную цепь от внешней нагрузки R н по постоянной составляющей коллекторного тока I ок . В области рабочих частот (для усиливаемого сигнала), сопротивления разделительных конденсаторов С р1 и С р2 очень малы и ими пренебрегают.

Режим по постоянному току устанавливается с помощью резисторов R 1 и R 2 . По известным значениям Е к и R K на семействе статических характеристик транзистора строят нагрузочную прямую. Рабочую точку на нагрузочной прямой задают начальным током базы I об , которая определяется напряжением смещения между базой и эмиттером, которое подается от общего источника питания Е к с делителя R 1 R 2 ,

Для улучшения температурной стабильности усилителя используют отрицательную обратную связь по постоянному току через резистор R э . Увеличение тока I б с повышением температуры приводит к увеличению тока I э и падения напряжения на резисторе R э . При этом напряжение на эмиттере становится более положительным относительно напряжения базы и эмиттерный переход смещается в обратном направлении. Это вызывает уменьшение базового тока I б , в результате чего ток возвращается к своему первоначальному значению. Для устранения отрицательной обратной связи по переменному току (для усиливаемого входного переменного сигнала) резистор R э шунтируют конденсатором С э, сопротивление которого на частоте сигнала должно быть незначительным.

Усилительный каскад ОЭ наряду с усилением входного синусоидального сигнала поворачивает его фазу на 180°С, т. е. входное и выходное напряжения усилителя противофазы.

	\|	следующая лекция ==>

Типичная схема усилительного каскада на транзисторе с ОЭ показана на рис.3.4,а.

Входное усиливаемое переменное напряжение Uвх подводится ко входу усилителя через разделительный конденсатор С1. Конденсатор С1 препятствует передаче постоянной составляющей напряжения входного сигнала на вход усилителя, которая может вызвать нарушение режима работы по постоянному току транзистора VT. Усиленное переменное напряжение, выделяемое на коллекторе транзистора VT, подводится к внешней нагрузке с сопротивлением Rн через разделительный конденсатор С2. Этот конденсатор служит для разделения выходной коллекторной цепи от внешней нагрузки по постоянной составляющей коллекторного тока Iкр

Значения Iкр и других постоянных составляющих тока и напряжения в цепях транзистора зависят от режима его работы (начального положения рабочей точки).

Рабочей точкой транзистора называют точку пересечения динамической характеристики (нагрузочной прямой) с одной из статических вольт-амперных характеристик. Режим работы транзистора определяется начальным положением рабочей точки (при отсутствии входного переменного сигнала). Это положение определяется на характеристиках совокупностью постоянных составляющих токов и напряжений в выходной IКр, UКЭр и входной IБр, UБЭр цепях (рис. 3.4, б, в).

При работе транзистора в активном (усилительном) режиме (класса А) рабочая точка должна находиться примерно посередине отрезка АВ нагрузочной прямой. Предельные изменения входного тока базы должны быть такими, чтобы рабочая точка не выходила за пределы отрезка АВ.

Начальное положение рабочей точки обеспечивается делителем напряжения, состоящим из резисторов R1 и R2, значения сопротивлений которых определяются из соотношений:

где Iд = (2...5)IБр - ток в цепи делителя.

При обеспечении режима работы транзистора необходимо осуществить температурную стабилизацию положения рабочей точки (уменьшить влияние температуры на начальное положение рабочей точки). C этой целью в эмиттерную цепь введен резистор Rэ, на котором создается напряжение ООС по постоянному току URэ.

Для устранения ООС по переменному току (при наличии входного переменного сигнала) резистор Rэ шунтируют конденсатором Сэ, сопротивление которого на частоте усиливаемого сигнала должно быть незначительным.

17.Многокаскадный усилитель

В большинстве случаев одиночные каскады не обеспечивают необходимое усиление и заданные параметры усилителей. Поэтому усилители, которые применяют в аппаратуре связи и измерительной технике, многокаскадные. При анализе и расчете многокаскадного усилителя необходимо определить общий коэффициент усиления усилителя, искажения, вносимые им, распределять их по каскадам, определить требование к источникам, решить вопросы введения обратных связей и т.д.

2. КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ МНОГОКАСКАДНОГО УСИЛИТЕЛЯ

Коэффициент усиления усилителя можно определить, исходя из структурной схемы (рис.1):

Кобщ = Uвых/Uвх = (Uвых/Un-1) … (U 3 /U 2)(U 2 /Uвх)=KnKn-1…K 2 K 1 или

Kобщ = K 1 K 2 …Kn e f( 1+  2+…+  n)

где K 1 ,…, Kn – коэффициенты усиления каскадов, 1,…, n – фазовые сдвиги, вносимые каждым усилительным каскадом.

Таким образом, для многокаскадного усилителя общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления каждого каскада. Суммарный фазовый сдвиг, вносимый усилителем, равен сумме фазовых сдвигов каждого каскада. Сквозной коэффициент усиления

Kобщ = k вх K общ

где k вх =Zвх/(Zг + Zвх) – коэффициент передачи входной цепи. Если коэффициент усиления отдельных каскадов выразить в логарифмических единицах, то общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя будет равен сумме коэффициентов

K общ[дб] = K 1[дб] + … + K n [дб]

В аппаратуре связи для компенсации потери мощности на отдельных участках (затухания) необходимо, чтобы усилитель работал на согласованную нагрузку, т.е. его входное сопротивление должно быть равно сопротивлению источника (выходного сопротивления предыдущего тракта аппаратуры или линии), а выходное сопротивление должно равняться сопротивлению нагрузки. Для согласования усилителей по входу и выходу используют усилители с обратной связью и согласующие трансформаторы. Отклонение от согласования в рабочей полосе частот оценивается коэффициентом отражения

При использовании согласующих трансформаторов пересчитанное сопротивление нагрузки в первичную обмотку R ’ 1 = R н n 2 , где п- коэффициент трансформатора, т. е. отношение витков первичной обмотки к вторичной (рис. 2,а).

На рис.2,а имеем: U 2 =U 1 /n; I 2 =I 1 n 2 , тогда R н =U 2 /I 2 = (U 1 /I 1 )n 2

или R’ 1 = U 1 /I 1 =R н n 2 =R г. Отсюда с учетом потерь в трансформаторе коэффициент трансформации:

где n t – КПД трансформатора.

Применение входного и выходного трансформаторов позволяет достаточно просто осуществить переход с симметричной схемы на несимметричную (рис.2, б).

Классы усилительных каскадов

Рабочая точка покоя определяет режим работы каскада или класс усиления. В зависимости от положения рабочей точки различают три класса усиления:

Применяется в оконеч. каскадах большой мощности на избирательную нагрузку.

Усилители мощности.

Это обычно выходные каскады много каскадных усилителей. Они предназначены для увеличения нагрузочной способности и создания нагрузки сигнала заданной мощности. Такие усилители работают в режиме большого сигнала. Их основными параметрами являются: