Электротехника и электроника. - Немцов М.В.
Скачать (прямая ссылка):
AT11x(Co) = %*Ч (15.1)
U BX
где UBX и 1/выхх — действующие значения синусоидальных напряжений на входе и выходе усилителя в режиме холостого хода.
По типу АЧХ различают усилители: медленно изменяющихся напряжений и токов, или постоянного тока (рис. 15.1, а), низких частот (рис. 15.1, б), высоких частот (рис. 15.1, в), широкополосные (рис. 15.1, г) и узкополосные (рис. 15.1, д).
Типовые значения нижней и верхней границ частот АЧХ усилителей различного типа приведены в табл. 15.1.
В усилителях с нелинейным режимом работы при увеличении значения напряжения на входе больше некоторого граничного уровня изменение напряжения на его выходе практически отсутствует. Такие усилители применяются в устройствах импульсной техники, в том числе логических.
В настоящее время широко используются усилители в интегральном исполнении. Поэтому актуальным становится не разра-
346
Рис. 15.1
Таблица 15.1
Нижняя и верхняя границы частот амплитудно-частотной характеристики усилителя
Тип усилителя Граница частот, Гц
нижних /„ верхних /„
Усилитель постоянного тока 0 КЯ-ІО8
Усилитель низких частот 20-50 104-2 • 104
Усилитель высоких частот 10*—10s 107—10s
Широкополосный усилитель 20-50 Ю'-ІО8
ботка самих усилителей, а их применение для реализации различных функциональных узлов систем автоматики, управления и измерения.
15.2. Усилительные каскады на биполярных транзисторах
Различают три основных типа усилительных каскадов на биполярных транзисторах с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (OK) и общей базой (ОБ).
Названия каскадов отражают наличие в схемах замещения их входных и выходных цепей в режиме малого сигнала общей точки,
347
соответствующей эмиттеру (см. рис. 15.4), коллектору (см. рис. 15.9) или базе транзистора.
Рассмотрим принципы работы и характеристики усилительных каскадов низкой частоты.
Усилительный каскад с ОЭ. Типовая схема усилительного каскада с ОЭ выделена на рис. 15.2 сплошной линией. Здесь и в дальнейшем заземлением будем отмечать обший узел входной и выходной цепей усилителя. Источник усиливаемого сигнала, показанный внутри штриховой линии, подключается к входным выводам усилительного каскада и представляет собой источник с внутренним сопротивлением RBT и ЭДС ес = ис. Конденсаторы C1 и C2 большой емкости отделяют цепь постоянного тока (цепь питания) от цепи источника сигнала и цепи приемника с сопротивлением нагрузки RH; подключаемого к выходным выводам усилительного каскада. При этом сопротивления Хс конденсаторов Cx, C2, а также C3 для синусоидального тока малы.
Если напряжение входного сигнала ис невелико, то работу усилительного каскада удобно представить в виде наложения режима покоя с постоянными составляющими токов базы /Бп, коллектора 7Кп и эмиттера /Эп при действии только источника ЭДС Ек (рис. 15.3) и режима малого сигнала с переменными составляющими токов базы /Б, коллектора /к, эмиттера /э и нагрузки /н при другом источнике ЭДС ес (рис. 15.4), ток которого /с равен току на входе усилительного каскада іш. Положительное направление тока нагрузки /н, равного току на выходе усилительного каскада /вых, принято к общему выводу транзистора, т.е. к эмиттеру.
Режим покоя определяет рабочая точка А на статических коллекторных характеристиках транзистора по методу нагрузочной характеристики (рис. 15.5, а — прямая /)
E-U
кэ
RK + R3 '
(15.2)
О
Сг — L
а
«л
j 'Kn +'К
C1 ~1_
"вых="н Плн
348
Рис. 15.2
аналогично рис. 2.32, если принять /Бп<к
^ Jk m т- е- 4с п ~ Js п-
Заметим, что необходимый режим покоя можно получить и без резисторов A2 и 7?э. Однако последние позво-
о
|/Кп
Эп
Ля
Рис. 15.3
ляют стабилизировать положение рабочей точки А при изменении температуры окружающей среды. Повышение температуры окружающей среды изменяет параметры транзистора так, что токи базы, коллектора и эмиттера увеличиваются при прочих неизменных условиях. При наличии резистора R3 в цепи эмиттера это приводит к увеличению на нем напряжения. Одновременно уменьшаются напряжение иъз и ток базы. Таким образом реализуются отрицательная обратная связь и стабилизация режима покоя. В режиме малого сигнала описанный механизм отрицательной обратной связи отсутствует, так как параллельно резистору R3 включен конденсатор большой емкости Сэ.
Рис. 15.4
349
Режим малого сигнала рассчитывается по схеме замещения усилительного каскада на рис. 15.4, где схема замещения транзистора с постоянными А-параметрами (13.6) показана внутри штриховой линии, а усилительного каскада — внутри сплошной.
Исключая из схемы замещения резистивные элементы l/h22, Rx и R2 с большими относительно других резистивных элементов сопротивлениями, полагая синусоидальным изменение напряжения сигнала и разомкнутой цепь нагрузки R11 = получаем основные параметры усилительного каскада с ОЭ:
/?BX = A„ (15.3)
— входное сопротивление (1 — 10 кОм);
Явь,х = Як (15.3а)
— выходное сопротивление (10—100 кОм);
h2lRK
"„.X=--7-"вх (15.36)
"п
— инвертирование полярности напряжения инх = -A2]/?k'b т~ носительно полярности напряжения мвх = Ац/Б (см. рис. 15.5);
