Типова схема попереднього резистивного підсилювача на біполярному транзисторі.

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 різних 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 використання 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 майже завжди використовують режим класу 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.58.

Рисунок 58 – Каскад попереднього підсилення на біполярному транзисторі з СЕ

 

Елементи підсилювального каскаду:

- 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.

VT1 разом з R_К і Е_к утворюють головне 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;

- е_дж – джерело вхідного сигналу;

- R_дж – його внутрішній опір;

- 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):

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.59. 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.

Обмеження, яких необхідно дотримуватись при розрахунку каскаду:

-  І_К0 = (1,05…1,2)І_m;

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

- U_К0 > U_m;

- (U_К0 + U_m) < U_Кmax;

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

Рисунок 59 – Часові діаграми роботи каскаду підсилення з СЕ

 

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