Принцип построения усилительных каскадов

Схемы усилительных каскадов (УК) очень разнообразны, но принцип

построения у них один и тот же. Рассмотрим это на примере структурной схемы (рисунок 3).

Основными элементами каскада являются усилительный элемент (УЭ),

которым является биполярный или полевой транзистор, или лампа, резистор R и источник питания Е.

Рисунок 3 – Структурная схема усилительного каскада

а вход подается синусоидальный сигнал, выходной сигнал снимается с выхода УЭ или с резистора R. Выходной сигнал создается в результате изменения сопротивления УЭ или резистора R и, следовательно, тока i в выходной цепи под воздействием входного напряжения. Процесс усиления основывается на преобразовании энергии источника постоянного напряжения Е в энергию переменного напряжения в выходной цепи за счет изменения сопротивления УЭ по закону, задаваемому входным сигналом.

Одним из наиболее распространенных усилительных каскадов является каскад с общим эмиттером (рисунок 4).

Основные элементы схемы:

Е_К – источник питания (положительный Е_К для n – p – n, отрицательный E_К для p – n – p);

VT – биполярный транзистор n – p – n -типа;

R_К – 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.

R_г

E_г

– E_К

R₁

R_К

R₂

R_н

U_вх

U_вых

C_Р₁

C_Р₂

Рисунок 4 – Схема усилительного каскада с общим эмиттером

Остальные элементы каскада выполняют вспомогательную роль:

С_P₁ – разделительный конденсатор, который не пропускает постоянную составляющую тока, т. е. исключает шунтирование входной цепи каскада цепью источника питания по постоянному току;

С_P₂ – разделительный конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую напряжения в нагрузку или в следующий каскад;

R₁ / R₂ – делитель напряжения, включенный в цепь базы, обеспечивающий требуемую работу транзистора в режиме покоя, т. е. в отсутствие входного сигнала. Благодаря этим резисторам можно получить оптимальные значения I_Б и U_Б, 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 5).

При подаче на вход усилительного каскада переменного напряжения U_вх, I_Б будет изменяться в соответствии с входной характеристикой, т. е. кроме постоянной составляющей I_Б-П он будет иметь переменную составляющую i_Б. Одновременно с этим в транзисторе будут изменяться эмиттерный I_Э и коллекторный I_К токи.