Каскады и многокаскадные усилители на биполярных транзисторах

 

При решении многих инженерных задач, например измерении и автоматизации технологических процессов, создании различных устройств промышленной электроники, возникает необходимость в усилении электрических сигналов. Чаще других требуется усиление напряжения. На рис. 3.1 дана схема однокаскадного усилителя на биполярном транзисторе VT. Включенный по схеме с общим эмиттером транзистор позволяет увеличить напряжение, ток и мощность. Рассмотрим назначения элементов для усилительного каскада напряжения.

 

Рис. 3.1

 

Резистор RК является коллекторной нагрузкой транзистора VT. Напряжение на резисторе RК равно выходному напряжению каскада.

Резистор эмиттерной цепи RЭ выполняет функцию отрицательной обратной связи в каскаде. Увеличение эмиттерного тока в транзисторе вызывает увеличение напряжения на резисторе RЭ, что в свою очередь ведёт к снижению тока базы, так как напряжение UЭ=IЭRК действует навстречу напряжению, создающему ток в базе. При наличии RЭ уменьшается коэффициент усиления, но происходит температурная стабилизация режима работы и увеличивается входное сопротивление каскада.

Благодаря наличию RЭ, коэффициент усиления каскада без учёта нагрузки КU=RК/RЭ практически не зависит от параметров используемого транзистора.

Делитель напряжения на резисторах R1 и R2 задаёт постоянное напряжение смещения на базе транзистора VT, т.е. даже при отсутствии выходного сигнала транзистор усилительного каскада находится в рабочем режиме, по нему протекает некоторый базовый ток и соответственно усиленный коллекторный ток. Постоянный ток коллектора создаёт на резисторе RК падение напряжения, равное приблизительно Uпит/2.

В этом случае на выходе каскада можно получить переменную составляющую напряжения максимальной амплитуды без искажений.

Напряжение смещения выбирается таким образом, чтобы известное входное напряжение не запирало транзистор, т.е. переход эмиттер-база всегда был смещён в прямом направлении. В противном случае в форме выходного напряжения будут появляться нелинейные искажения, соответствующие моментам закрытого состояния транзистора.

Сопротивления резисторов R1, R2, RЭ и RК рассчитываются для каждого конкретного случая использования усилительного каскада.

Разделительные конденсаторы и пропускают только переменную составляющую сигнала. Подключение к схеме источника сигнала и нагрузки через разделительные конденсаторы не влияет на постоянное напряжение смещения, рассчитанное для данного каскада.