ТИПОВАЯ СХЕМА УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ. НАЗНАЧЕНИЕ ВСЕХ ЭЛЕМЕНТОВ, РАСЧЁТ ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ.
Усилительный каскад – минимальная часть усилителя, сохраняющая его функции. Обычно содержит один или несколько усилительных элементов (например, транзистор, лампа) и относящиеся к нему пассивные элементы, обеспечивающие его работу.
Содержит транзистор и резистор RК, включенный в цепь коллектора последовательно с источником питания. Во входной цепи последовательно с источником переменного усиливаемого напряжения uВХ включен источник постоянного напряжения смещения UСМ. Переменная составляющая тока коллектора, протекающая через RК, выполняющий функции коллекторной нагрузки, может быть снята с коллектора, например, через разделительный конденсатор.
Рассмотрим работу этого каскада. В исходном состоянии или режиме покоя входное напряжение рано нулю. При этом напряжение на базе равно UСМ, а ток коллектора и напряжение на нём в исходной рабочей точке равны I K0 и U K0=EП- I K0 R К.
Пусть теперь подаётся входное переменное напряжение uВХ=U mВХsinwt. Это входное напряжение изменяет по гармоническому закону ток базы. А так как ток коллектора пропорционален току базы Iк=bIб, то оно дополнительно открывает транзистор, увеличивая ток коллектора, в первый полупериод, и частично закрывает, уменьшая ток коллектора, во второй. В результате ток коллектора изменяется около значения в исходной рабочей точке тоже по закону синуса: iК=IК0+I mКsinwt. Мгновенное значение напряжения коллектор-эмиттер uК=UК0+U mКsinwt, где U mК= RКI mК – амплитуда его переменной составляющей. Здесь RК играет преобразователя тока в напряжение.
|
|
|
При достаточно большом RК оказывается U mК>U mВХ, т.е. каскад создаёт усиление по напряжению. Благодаря большому внутреннему сопротивлению входной цепи транзистора включение сопротивления RК почти не уменьшает амплитуду переменного тока коллектора, т.е. транзистор выступает в роли управляемого генератора сигнального тока, аRК – в роли преобразователя этого тока в сигнальное напряжение.
Так же при достаточно малом RК обеспечивается и усиление по току, то есть оказывается, что I mК>I mВХ. А так как P=UI ,то в этом случае следует говорить об усилении мощности, то есть Pвых>Pвх. То есть мощность выходного сигнала больше мощности входного.
ЭКВИВАЛЕНТНАЯ МАЛОСИГНАЛЬНАЯ СХЕМА УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ; ВХОДНОЕ И ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ, КОЭФФИЦИЕНТЫ УСИЛЕНИЯ ПО ТОКУ И НАПРЯЖЕНИЮ.
Схема усилительного каскада приведена на рис.12.3 ,а. Для схем с ОК коллектор через очень малое внутреннее сопротивление источника питания по переменному сигналу (емкость источника питания велика) соединен с землей, при этом вывод коллектора является общим для входной и выходной цепей усилителя. Резистор нагрузки включен в эмиттерную цепь..
|
|
|
При этом из схемы каскада с ОК можно увидеть, что
.
а) 
б) 
Рис.12.3. Принципиальная и эквивалентная схема усилителя на БТ с ОК
Поскольку для переменного тока сопротивление прямосмещенного перехода очень мало ( единицы Ом), то выходное напряжение приблизительно равно входному. В связи с этим каскад с ОК называют эмиттерным повторителем. Поскольку Rэ не зашунтирован конденсатором (как в схеме с ОЭ), в усилителе с ОБ действует глубокая отрицательная ОС по постоянному току. Температурная стабилизация в каскаде ОК обеспечивается резистором Rэ.
Начальный ток смещения в режиме покоя, т.е. при 
задают с помощью R1, R2 и Rэ таким, чтобы рабочая точка в режиме покоя находилась примерно посередине линейного участка входной характеристики. Разделительные конденсаторы 
и 
выполняют те же функции, что и в каскаде с ОЭ.
Расчет каскада по постоянному току проводят по аналогии с каскадом с ОЭ. Исходя из эквивалентной схемы, представленной на рис. 3.10,б. можно отметить следующие характеристики усилителя с ОК
1. Коэффициент усиления по напряжению каскада с ОК
относительно входного генератора равен 
|
|
|
. (12.17)
2. Коэффициент усиления по току равен 
, (12.18)
где 
; (12.19)
.
Следовательно KI равен
. (12.20)
Анализ выражения показывает, что каскад с ОК имеет коэффициент усиления по току больше, чем каскады с ОЭ и ОБ.
3) Входное сопротивление каскада ОК определяется параллельным соединением резисторов R1, R2 и сопротивлением входной цепи транзистора rвх
. (12.21)
Входное сопротивление цепи транзистора равно
. (12.22)
Очевидно ,что сопротивление входной цепи транзистора rвх и входное сопротивление всего каскада с ОК больше чем в схеме с ОЭ и достигает 200…300 кОм.
Высокое входное сопротивление является одним из главных преимуществ каскада с ОК. Это требуется в случае применения каскада в качестве согласующего устройства при работе от источника входного сигнала с большим внутренним сопротивлением.
4) Выходное сопротивление каскада с ОК представляет собой сопротивление схемы со стороны эмиттера и определяется
. (12.23)
Выходное сопротивление каскада с ОК мало порядка десятков Ом (10…50 Ом) и сильно зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала. Малое выходное сопротивление очень важно при использовании каскада в качестве согласующего устройства для работы на низкоомную нагрузку.
|
|
|
В целом усилитель с ОК характеризуется: высоким входным сопротивлением (порядка сотен килоом), зависящим от сопротивления нагрузки; низким выходным сопротивлением (порядка единиц Ом), зависящим от внутреннего сопротивления источника сигнала; высоким коэффициентом усиления по току; коэффициентом усиления по напряжению, меньшим единицы; совпадением по фазе входного и выходного напряжений.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 655; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!