Усилительный каскад с ОЭ, ОК, ОБ

Усилительный каскад с общей базой (ОБ) — одна из трёх типовых схем построения электронных усилителей на основе биполярного транзистора. Характеризуется отсутствием усиления по току (коэффициент передачи близок к единице, но меньше единицы), высоким коэффициентом усиления по напряжению и умеренным (по сравнению со схемой с общим эмиттером) коэффициентом усиления по мощности. Входной сигнал подаётся на эмиттер, а выходной снимается с коллектора. При этом входное сопротивление очень мало, а выходное — велико. Фазы входного и выходного сигнала совпадают.

Особенностью схемы с общей базой является минимальная среди трёх типовых схем усилителей «паразитная» обратная связь с выхода на вход через конструктивные элементы транзистора. Поэтому схема с общей базой наиболее часто используется для построения высокочастотных усилителей, особенно вблизи верхней границы рабочего диапазона частот транзистора. Достоинствами схемы являются стабильные температурные и частотные свойства, то есть параметры схемы(коэффициент усиления напряжения, тока и входное сопротивление) остаются неизменными при изменении температуры окружающей среды. Недостатками схемы являются малое входное сопротивление и отсутствие усиления по току.

§ Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх=I_к/I_э=α [α<1]

§ Входное сопротивление R_вх=U_вх/I_вх=U_бэ/I_э.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов (для мощных - ещё меньше), так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства:

§ Хорошие температурные и частотные свойства.

§ Высокое допустимое напряжение

Недостатки схемы с общей базой:

§ Малое усиление по току, так как α < 1

§ Малое входное сопротивление

§ Два разных источника напряжения для питания.

При схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу, а снимается с коллектора. При этом выходной сигнал инвертируется относительно входного (для гармонического сигнала фаза выходного сигнала отличается от входного на 180°). Каскад усиливает и ток, и напряжение. Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, поэтому наиболее распространено. Однако при такой схеме нелинейные искажения сигнала значительно больше. Кроме того, при данной схеме включения на характеристики усилителя значительное влияние оказывают внешние факторы, такие как напряжение питания, или температура окружающей среды. Обычно для компенсации этих факторов применяют отрицательную обратную связь, но она снижает коэффициент усиления.

Биполярные транзисторы управляются током. В схеме с ОЭ — током базы. Напряжение на переходе база-эмиттер при этом остаётся почти постоянным и зависит от материала полупроводника, для германия около 0,2 В, для кремния около 0,7 В, но на сам каскад подаётся управляющее напряжение. Ток базы, коллектора и эмиттера и другие токи и напряжения в каскаде можно вычислить по закону Ома и правилам Кирхгофа для разветвлённой многоконтурной цепи.

Токи в транзисторе связаны нижеследующими соотношениями:

по правилу Кирхгофа для узлов алгебраическая сумма всех трёх токов () равна нулю

, где

— коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером,
— коэффициент передачи тока эмиттера.

I _вых = I _к I _вх = I _б U _вх = U _бэ U _вых = U _кэ

Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх=I_к/I_б=I_к/(I_э-I_к) = α/(1-α) = β [β>>1]

Входное сопротивление: R_вх=U_вх/I_вх=U_бэ/I_б

 

Достоинства:

· Большой коэффициент усиления по току

· Большой коэффициент усиления по напряжению

· Наибольшее усиление мощности

· Можно обойтись одним источником питания

· Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки:

· Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой

Эмиттерный повторитель — частный случай повторителей напряжения на основе биполярного транзистора. Характеризуется высоким усилением по току и коэффициентом передачи по напряжению, близким к единице. При этом входное сопротивление относительно велико (однако оно меньше, чем входное сопротивление истокового повторителя), а выходное — мало.

В эмиттерном повторителе используется схема включения транзистора с общим коллектором (ОК). То есть напряжение питания подаётся на коллектор, а выходной сигнал снимается с эмиттера. В результате чего образуется 100 % отрицательная обратная связь по напряжению, что позволяет значительно уменьшить нелинейные искажения, возникающие при работе. Следует также отметить, что фазы входного и выходного сигнала совпадают. Такая схема включения используется для построения входных усилителей, в случае если выходное сопротивление источника велико, и как буферный усилитель,а также в качестве выходных каскадов усилителей мощности.. Фаза сигнала не инвертируется.

I _вых = I _э I _вх = I _б U _вх = U _бк U _вых = U _кэ

· Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх=I_э/I_б=I_э/(I_э-I_к) = 1/(1-α) = β [β>>1]

· Входное сопротивление: R_вх=U_вх/I_вх=(U_бэ+U_кэ)/I_б

Достоинства:

· Большое входное сопротивление

· Малое выходное сопротивление

Недостатки:

· Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

Многокаскадные усилители

МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ 9-1. ОСОБЕННОСТИ МНОГОКАСКАДНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Для достижения требуемого усиления обычно приходится сое­динять последовательно несколько усилительных каскадов, образую­щих многокаскадный усилитель. При этом возникает ряд обстоя­тельств, не имевших места в одном каскаде, а поэтому и не рассмат­ривавшихся ранее. Сюда относятся суммирование искажений сигнала в усилителе, защита от паразитных межкаскадных связей и расчет развязывающих фильтров, определение требований к источникам питания и расчет фильтров на сглаживание пульсаций, регулировка усиления, регулировка тембра и др.

9-2. КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ И СУММИРОВАНИЕ ИСКАЖЕНИЙ В МНОГОКАСКАДНОМ УСИЛИТЕЛЕ

Ввиду того, что сигнал, усиленный одним каскадом, передается далее на следующий каскад и усиливается им, коэффициент усиле­ния многокаскадного усилителя К_ус равен произведению коэффици­ентов усиления всех его каскадов Ки К2, Кг и т. д.:

Kyc =KvK2 -Ks--> (9-1)

Если коэффициенты усиления выражены в децибелах, для полу­чения коэффициента усиления усилителя коэффициенты усиления каскадов не перемножают, а складывают. Указанные правила спра­ведливы как для коэффициентов усиления напряжения и тока, так и для коэффициента усиления мощности.

Отсюда следует, что относительное усиление усилителя У_ус и его коэффициент частотных искажений M_YC на любой частоте, выра­женные в относительных единицах, равны произведению относитель­ных усилений Υ и У 2, Уз и т. д. или коэффициентов частотных иска­жений М_и М₂, Мъ и т. д. всех его каскадов или цепей, выражен­ных также в относительных единицах:

Г_Ус = КгГ₂-Гз...; M_yc = M₁.M₂-Mv (9·2)

При определении относительного усиления или коэффициентов частотных искажений в децибелах перемножение заменяют сло­жением.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: