Схема усилителя переменного сигнала

Усилительный каскад содержит в себе следующие функциональные цепи: входную цепь, цепь обратной связи, нагрузочную и выходную цепи, а также фильтр в цепи источника питания.

Рисунок 2.3.1 Схема однотактного апериодического усилителя

Рассмотрим функциональное назначение элементов и электрических цепей схемы (рисунок 2.3.1).

В состав входной цепи входят резисторы R₁ и R₂, а также разделительный конденсатор С_р1. Конденсатор С_р1 препятствует протеканию постоянного тока от источника входного сигнала на вход усилителя. В противном случае это приводит к нарушению режима работы транзистора по постоянному току. Разделительный конденсатор С_р1 представляет собой большое сопротивление для постоянного тока на входе усилителя и вносит фазовый сдвиг, обеспечивающий положительную обратную связь по переменному току. Иначе говоря, разделительный конденсатор С_р1 служит для того чтобы не пропустить на вход каскада постоянную составляющую. Конденсатор С_р2, также называемый разделительным, служит для разделения выходной коллекторной цепи от внешней нагрузки по постоянному току. Наличие этих конденсаторов позволяет считать, что подключение следующего функционального узла к выходу усилителю или к его входу, не вызовет изменений режима работы усилителя по выполняемым расчетам по постоянному току.

Сопротивления R₁ и R₂ образуют делитель напряжения. При включении его в схему из неё исключается дополнительный источник питания базы. Чем меньше общее сопротивление делителя, тем больше ток делителя, и тем меньше потенциал базы зависит от изменений базового тока и тем лучше стабилизация. Сущность стабилизации заключается в том, что делителем задаётся потенциал базы, тем самым фиксируется ток эмиттера и через это ток коллектора. Резисторы R₁ и R₂ выбираются таким образом, чтобы ток делителя многократно превышал ток базы. В этом случае потенциал базы не зависит от тока базы, поэтому он слабо подвержен температурному дрейфу и обеспечивает необходимое, напряжение смещения рабочей точки и выводит транзистор в режим работы класса А.

Цепь обратной связи предназначена для стабилизации режима работы транзистора по постоянному току. Данная схема включает в себя сопротивление R_э и ёмкость С_э.

Резистор R_э образует отрицательную обратную связь (ООС) по постоянному току для получения стабильного режима работы усилителя. Резистор R_э предназначен для компенсации теплового изменения коллекторного тока. Увеличение резистора R_э приводит к максимальному усилению на переменном токе и повышает температурную стабилизацию на постоянном. Резистор R_э обеспечивает ограничение протекания тока в цепи и тем самым уменьшает вероятность перегрузки.

Конденсатор С_э шунтирует резистор R_э по переменному току, чтобы исключить влияние отрицательной обратной связи на сигнал. При отсутствии конденсатора С_э резистор R_э не только стабилизирует рабочую точку, но и изменяет режим работы каскада по переменному току. Для схемы входной изменяющийся сигнал также является дестабилизирующим фактором.

Конденсатор С_э обеспечивает увеличение коэффициента усиления усилителя по напряжению, так как уменьшает амплитуду переменной составляющей напряжения Ur_э (говорят, что конденсатор С_э шунтирует резистор R_э ликвидируя отрицательную обратную связь на переменном токе). Резистор R_э образует цепь обратной связи. Предназначен для температурной стабилизации каскада. Чем больше R_э, тем стабильнее рабочая точка, но уменьшается КПД усилителя. Температурная стабилизация тем выше, чем больше падение стабилизирующего напряжения на R_э.

Переменная составляющая эмиттерного тока I_э создаёт на резисторе R_э падение напряжения, которое уменьшает переменное напряжение U_бэ ⁼ U_вх – I_эR_э, что приводит к уменьшению коэффициента усиления каскада.

Нагрузочная цепь, за счёт содержащегося в ней резистора R_к, ограничивает протекание тока в выходной цепи. R_к выбирается примерно равным сопротивлению нагрузки R_н для согласования, чтобы уменьшить нелинейные искажения и обеспечить оптимальный коэффициент передачи сигнала.

В выходную цепь передается усиленный переменный сигнал, откуда выходное напряжение передается в следующий каскад. Данная цепь содержит два элемента: С_р2 и R_н.

Конденсатор С_р2 аналогично конденсатору С_р1 выполняет функции разделительного и имеет большое сопротивление постоянному току. Он для того, чтобы не пропустить постоянную составляющую тока в нагрузку. Резистор R_н -сопротивление нагрузки, с которого снимается выходное напряжение.

Разновидности всех схем усилителей состоят в основном в различиях нагрузки в выходных цепях.