Схемы усилительных каскадов очень разнообразны, но принцип построения у них один и тот же. Рассмотрим это на примере структурной схемы (рисунок 2.2).
Основными элементами каскада являются усилительный элемент УЭ, которым является биполярный или полевой транзистор, или лампа, резистор R и источник питания Е.
Рисунок 2.2 – Структурная схема усилителя |
Одним из наиболее распространенных усилительных каскадов является каскад с общим эмиттером ОЭ (рисунок 2.3).
Основные элементы схемы:
ЕК – источник питания («+» ЕК для n-p-n, «−» EК для p-n-p);
|
|
VT – биполярный транзистор n-p-n типа;
RК – сопротивление в цепи коллектора, с помощью которого создается выходное напряжение.
Эти элементы образуют главную цепь усилительного каскада, в которой за счет протекания управляемого по цепи базы коллекторного тока создается усиленное напряжение на выходе схемы.
Остальные элементы каскада выполняют вспомогательную роль:
- СР 1 – разделительный конденсатор, который не пропускает
Рисунок 2.3 – Схема усилительного каскада с ОЭ |
- СР 2 – разделительный конденсатор, не пропускает постоянную составляющую напряжения в нагрузку или в следующий каскад;
- R 1 / R 2 – делитель напряжения, включенный в цепь базы.
Обеспечивает требуемую работу транзистора в режиме покоя, т. е. в отсутствие входного сигнала. Благодаря этим резисторам можно получить оптимальные значения I б и U б, соответствующие середине линейного участка входной характеристики, т. е. рабочей точке П, а также середине переходной характеристики и середине рабочего участка нагрузочной прямой на выходной характеристике (рисунок 2.4).
При подаче на вход усилительного каскада переменного напряжения U вх, I б будет изменяться в соответствии с входной характеристикой, т. е. кроме постоянной составляющей I бп он будет иметь переменную составляющую i б. Одновременно с этим в транзисторе будут изменяться эмиттерный I Э и коллекторный I К токи.
Переменная составляющая коллекторного напряжения представляет собой выходное напряжение усилительного каскада, которое численно равно и противоположно по фазе переменной составляющей падения напряжения на резисторе R к:
|
|
U вых = − R к i к;
U вх = R вх i вх,
где R вх – входное сопротивление усилительного каскада (УК), которое примерно равно входному сопротивлению транзистора;
i вх ≈ i б – входной ток, примерно равный току базы.
Т.к. I к >> I б, R к >> R вх, то U вых каскада с ОЭ получается намного больше U вх.
Рисунок 2.4 – Входная, переходная и выходная характеристики УК с ОЭ