Принцип электронного усиления
Рассмотрим физические процессы, имеющие место в усилителе, на примере усилительного каскада, приведенного на рисунке 2.26.
Рисунок 2.26 – Усилительный каскад с общим эмиттером
Каскад содержит: усилительный элемент (биполярный транзистор VT); источник постоянного напряжения для питания выходной (коллекторной) цепи Eк; резистор Rк в цепи коллектора, выполняющий функции коллекторной нагрузки, на которой выделяется выходное напряжение; делитель напряжения (базовый делитель), состоящий из резисторов R1 и R2, предназначенный для задания положения ИРТ на нагрузочной прямой; конденсаторы Cр1 и Cр2, обеспечивающие разделение постоянной и переменной составляющих усиливаемого сигнала (гальваническую развязку усилительного каскада по постоянному току с источником сигнала и нагрузкой). В качестве нагрузки усилительного каскада на переменном токе используется резистор Rн.
Рассмотрим работу каскада, используя графики для токов и напряжений, приведенные на рисунке 2.27. В исходном состоянии (при отсутствии входного сигнала, то есть при Uвх = 0), с базового делителя на вход транзистора VT подается положительное напряжение смещения UБЭ0 (рисунок 2.27, а). При этом ток коллектора равен IК » bстIБ0 = IК0, а напряжение на коллекторе транзистора – (рисунок 2.27, б).
а б
Рисунок 2.27 – Иллюстрация работы усилительного каскада в режиме усиления
При подаче на вход каскада переменного синусоидального напряжения Uвх с амплитудой Uт вх (рисунок 2.27, а, б) это напряжение суммируется алгебраически с постоянной составляющей UБЭ0, что приводит к дополнительному открыванию транзистора при положительной полуволне входного напряжения Uвх и частичному закрыванию транзистора при отрицательной полуволне этого напряжения. Изменение тока базы под воздействием изменяющегося напряжения приводит, в свою очередь, к аналогичному изменению тока коллектора (на отрезке [аб], рисунок 2.27, а) по закону входного сигнала. Таким образом, в рассматриваемом усилительном каскаде фаза тока в выходной цепи (тока коллектора) совпадает с фазой входного сигнала (рисунок 2.27, б).
Мгновенное напряжение на коллекторе транзистора с учетом второго закона Кирхгофа можно представить выражением
, (2.50)
где RК экв – эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки транзистора на переменном токе:
. (2.51)
Мгновенный ток коллектора изменяется по закону изменения входного сигнала и при синусоидальном сигнале на входе усилительного каскада может быть описан выражением
. (2.52)
Тогда напряжение на коллекторе равно
, (2.53)
где UКЭ0 – постоянная составляющая коллекторного напряжения (напряжение покоя);
UтКЭ – амплитуда коллекторного напряжения при наличии переменного сигнала на входе усилителя.
Как видно из рисунка 2.27, б, при изменении входного напряжения в первом полупериоде иКЭ уменьшается из-за увеличения тока iК и падения напряжения на Rк, а во втором полупериоде – увеличивается. Фаза напряжения на коллекторе транзистора противоположна фазе входного напряжения.
Выходное переменное напряжение снимается с коллектора транзистора и через разделительный конденсатор Ср2 подается на сопротивление нагрузки Rн, являющейся потребителем усиленного колебания (рисунок 2.26). Конденсатор Ср2 пропускает только переменную составляющую, то есть разделяет коллекторное напряжение на переменную и постоянную составляющие, поэтому обычно его называют разделительным.
Входным током в рассматриваемом усилительном каскаде является ток базы, а выходным – ток коллектора. Следовательно, коэффициент усиления тока
, (2.54)
то есть каскад обеспечивает усиление тока.
Коэффициент усиления напряжения определяется из выражения
, (2.55)
где Rвх – входное сопротивление каскада.
При bстRК экв > Rвх коэффициент усиления напряжения усилительного каскада больше единицы, то есть каскад усиливает сигнал по напряжению. Благодаря большому сопротивлению коллекторной области транзистора, включение сопротивления Rк почти не влияет на значение амплитуды переменного тока коллектора. Это значит, что сопротивление резистора Rк можно выбирать достаточно большим, обеспечивая тем самым значительное усиление напряжения.
Дата добавления: 2021-11-16; просмотров: 241;