Тема 1. 5 каскади попереднього підсилення на біполярних транзисторах

1 Типова схема попереднього резистивного підсилювача на біполярному транзисторі. Аналіз схеми, призначення елементів.

2 Схема підсилювача з спільною базою, з спільним колектором. Особливості схем.

3 Складений транзистор. Схема Дарлінгтона. Каскодна схема.

4 Диференціальний підсилювач.

Література: Колонтаєвський, с.76-85, 86-90; Стахів (Основи електроніки з елементами мікроелектроніки), с.80-86.

Література:		Бойко В.І., Гуржій А.М.Основи технічної електроніки, 2007
		Бойко В.І., Гуржій А.М., Жуйков В.Я. Основи схемотехніки електронних систем, 2004
		Гуржій А.М.,Самсонов В.В., Поворознюк Н.І. Імпульсна та цифрова техніка, 2005
		Джонс М.Х. Електроніка-Практичний курс, 2006
		Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы, 2002
		Колонтоєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка, 2003
Самостійно	год.	Головин О.В., Кубицкий А.А. Электронные усилители 1. Типові схеми підсилюючого каскаду із спільною базою СБ, спільним колектором СК. Іх основні параметри.[6], с. 82-85 2. Схеми попередніх підсилювачів на польових транзисторах з СС, СВ. [6], с. 86-90

Мета: повинні знати каскади попереднього підсилення на біполярних транзисторах.

Рефлексія: що ви повинні вивчити в даній лекції?

Каскад попереднього підсилення призначений для підсилення струму або напруги сигналу, створюваного джерелом сигналу до величини, необхідної для подачі на вхід каскаду потужного підсилення.

Залежно від умов роботи каскади попереднього підсилення різноманітні по використовуванню в них типів підсилювальних елементів, способів включення, схем каскадів і ін. Для зменшення числа каскадів попереднього підсилювача в них використовуються підсилювальні елементи з високим коефіцієнтом підсилення (транзистори з великим коефіцієнтом передачі струму h₂₁).

Спосіб їх включення, режим роботи, положення точки спокою на характеристиках підсилювального елементу, електричні дані схеми міжкаскадного зв'язку вибирають так, щоб одержати від каскаду найбільше підсилення при допустимих частотних або перехідних спотвореннях і можливо меншому споживанні потужності від джерел живлення.

Специфічною особливістю каскаду попереднього підсилення є неповне використовування характеристик підсилювального елементу через малу амплітуду вхідного сигналу, унаслідок чого параметри підсилювального елементу за період сигналу змінюються мало.

Тому коефіцієнти підсилення за струмом, напругою та потужністю таких каскадів звичайно визначають аналітично, без побудови динамічних характеристик змінного струму, використовуючи малосигнальні параметри підсилювальних елементів, знайдені для точки спокою.

У каскадах попереднього підсилення для зменшення нелінійних спотворень і підвищення стабільності показників підсилювача майже завжди використовують режим А.

У каскадах попереднього підсилення використовуються будь-які підсилювальні елементи: біполярні і польові транзистори, тріоди і екрановані лампи.

Транзистори в каскадах попереднього підсилення звичайно включають зі спільним емітером (витоком), оскільки це дає можливість одержати найбільше підсилення.

Найбільш розповсюджена схема каскаду попереднього підсилення на біполярному транзисторі з СЕ наведена на рис.3.13.

 

VT1 – біполярний транзистор – підсилюючий елемент.

R_н - навантаження, на якому виділяється підсилений сигнал.

R_К - колекторне навантаження транзистора за постійним струмом.

Е_К – джерело живлення, звичайно складає 10…30 В для каскадів на БТ.

Зазначимо: VT1 разом з R_К і Е_к утворюютьголовне коло підсилювача, в якому здійснюється підсилення сигналу. Решта елементів схеми виконують допоміжну роль. Дільник напруги R₁, R₂ задає режим спокою класу А, подаючи на вхід каскаду постійну напругу U_д.

R_Е і С_Е – забезпечують температурну стабілізацію режиму спокою.

С₁, С₂ – розділові конденсатори: С₁ виключає потрапляння постійної напруги U_д на джерело вхідного сигналу; С₂ виключає потрапляння постійної напруги на колекторі U_К0 на навантаження (конденсатори розділяють ланцюги за постійним струмом).

Вхідний сигнал, що підлягає підсиленню, подається на клеми (1)-(2):

е_дж – джерело вхідного сигналу; R_дж – його внутрішній опір.

Для цієї схеми необхідно дотримуватись таких співвідношень:

1/ω_нС₁ «R_вх; 1/ω_нС₂ «R_вих; 1/ω_нС_Е «R_Е;

де ω_н – нижня грань діапазону частот підсилювального сигналу.

Навантаження сигналу за зміним струмом

R_Н~ = R_Н R_К / (R_Н + R_К).

Роботу каскаду ілюструють часові діаграми на рис.3.14. При дадатній півхвилі вхідної напруги із зростанням базового струму і_Б зростає і колекторний струм і_К, який у β разів більший за і_Б. При цьому колекторна напруга u_К , яка дорівнює різниці між Е_к і спадом напруги на R_К , знижується.

Каскад зі спільним емітером інвертуючий і змінює фазу вихідної напруги на 180º.

Такий підсилювач можна розрахувати аналітично за допомогою h – параметрів (при невеликих змінах вхідного сигналу, тобто коли транзистор працює на лінійних ділянках ВАХ).

Більш універсальним є графоаналітичний метод розрахунку, який проводиться по вихідній динамічній характеристиці транзистора за постійним струмом. Крім того, використовуються вихідні статичні характеристики транзистора.

аб – лінія навантаження за постійним струмом. За її допомогою знаходять положення робочої точки спокою, яка для режиму А має лежати посередині відрізка аб. Із вхідної характеристики знаходимо значення U_ОБ. Тобто за допомогою лінії навантаження за постійним струмом, вхідної і вихідної характеристик транзистора знаходимо параметри, що характеризують транзистор за постійним струмом при U_вх = 0. Знаючи U_ОБ , можна розрахувати параметри дільника напруги R₁, R₂. Щоб знайти вихідні параметри каскаду, необхідно використати лінію навантаження за змінним струмом. Це лінія вг, яка й характеризує роботу каскаду за зміним струмом.

Основні параметри каскаду.

R_вх = h_11е (300 Ом…2 КОм).

Наявність дільника R₁, R₂ знижує вхідний опір.

4. Вихідний опір каскаду R_вих = R_К, оскільки опір транзистора з боку колектора нескінченний (реально – десятки, сотні КОм).

Обмеження, яких необхідно дотримуватись при розрахунку каскаду:

1) І_К0 = (1,05…1,2)І_m;

2) (І_К0 + І_m)< І_Кmax ( максимально допустимого струму транзистора);

3) U_К0 > U_m;

4) (U_К0 + U_m) < U_Кmax;

5) P_К = І_К0 U_К0 < P_доп (допустимої потужності).

Для каскаду з СЕ: К_І ≈ h_21е >1; К_U = h_21е R_К / h_11е >1 - його використовують для отримання найбільшого коефіцієнта підсилення за потужністю.

Каскади зі СЕ зручно з'єднуються один з одним, оскільки їх вхідний і вихідний опори досить близьки.