1. Усилители с емкостной связью

1.1 Схемы включения транзисторов

Транзистор является трехполюсником, поэтому он включается в схемы тремя различными способами. Для биполярного транзистора это включение с общей базой (ОБ, рис. 1.1, а), с общим эмиттером (ОЭ, рис. 1.1, б), с общим коллектором (ОК, рис. 1.1, в). Эти три схемы отличаются основными параметрами: коэффициентами передачи по току и напряжению, входным и выходным сопротивлениями.

Рис.1.1. Способы включения транзистора:

а – с общей базой; б – с общим эмиттером; в – с общим коллектором

В схемах ОБ и ОЭ выходным током является ток коллектора, в схеме ОК - ток эмиттера.

В схеме ОБ ток коллектора транзистора равен:

,

где – коэффициент передачи эмиттерного тока; – обратный ток коллекторного перехода.

Входное сопротивление каскада ОБ мало (200÷300 Ом), потому что определяется сопротивлением открытого эмиттерного перехода при большом входном токе (I_Э), а выходное сопротивление велико (400÷500 кОм), так как на выходе включено внутреннее сопротивление закрытого коллекторного перехода (r_к).

Усиление по напряжению определяется, в основном, соотношением сопротивлений входной и выходной цепей, поэтому в этой схеме оно велико.

В схеме ОБ, таким образом, усиления по току нет, усиление по напряжению наибольшее из трех схем включения.

В схеме ОЭ (рис. 1.1, б) входным током является ток базы, выходным - ток коллектора:

,

где β>>α; – коэффициент передачи базового тока,

β≈(50-1000); ; - сквозной ток коллекторного перехода.

При токе базы, равном нулю, через коллектор протекает достаточно большой ток I_ко^*; при этом эмиттерный переход приоткрыт, так как коллекторное напряжение прикладывается к обоим переходам. Чтобы закрыть эмиттерный переход, нужно приложить к нему запирающее напряжение, при этом на коллекторе течет обратный ток коллекторного перехода I_ко.

Схема с общим коллектором (ОК) (рис. 1.1, в) не дает усиления по напряжению, поскольку входное сопротивление существенно выше, чем выходное, поэтому такие каскады используются часто в схемах согласования, когда нужно соединить два узла с разными сопротивлениями.

1.2 Типовая схема одиночного усилительного каскада с оэ

В усилителях переменного тока широкое распространение получили каскады с емкостной связью (RC-усилители). Типовая схема каскада ОЭ приведена на рис. 1.2.

Назначение элементов. Сопротивления R₁ и R₂ – делители, обеспечивающие положительное смещение на эмиттерном переходе. С_Р1 и С_Р2 – разделительные конденсаторы, благодаря которым на вход усилительного каскада и на выход проходят только переменные составляющие сигналов. За счет них постоянные составляющие источника сигнала не влияют на режим по постоянному току каскада, а на выход попадает только усиливаемый сигнал и не проходят вспомогательные постоянные составляющие.

Рис. 1.2. Типовая схема усилительного каскада ОЭ

R_К - сопротивление коллекторной нагрузки, с которой снимается повышенное напряжение.

Ток покоя биполярного транзистора, а, следовательно, и по­ложение рабочей точки покоя на нагрузочной прямой определяются параметрами транзистора, которые зависят от температуры.

К таким параметрам относятся: обратный ток коллекторного перехода; коэффициент передачи тока ; напря­жение на эмиттерном переходе U_бэ. Изменение указанных параметров транзистора в диапазоне температур вызывает смещение рабочей точки на нагрузочной прямой, что может привести к нелинейным искажениям или отсечке выходного сигнала усилителя. Изменение ∆I_к коллекторного тока с температурой определяется зависимостью:

,

причем наиболее сильно ток коллектора меняется за счет I_ко^*.

Поэтому при работе транзисторных усилителей в широком диапазоне температур необходимо принять меры по обеспечению стабильности рабочей точки покоя. Наиболее широко применяются отрицательные обратные связи по постоянному току и напряжению.

R_Э- элемент отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному току. С возрастанием температуры увеличиваются токи покоя I_КП и I_ЭП, при этом увеличивается падение напряжения U_RЭ и эмиттерный переход подзапирается, что вызывает уменьшение тока базы и коллектора. Таким образом, ООС стабилизирует ток покоя; чтобы не было ООС по переменной составляющей, R_Э шунтируется С_Э, при этом ООС по переменной составляющей практически нет.