Rк- определяет максимальный ток коллектора транзистора, создает нагрузку коллекторной цепи и своей величиной влияет на коэффициент усиления каскада.

Rэ- служит для создания отрицательной обратной связи при постоянном току и для улучшения стабильности положения рабочей точки при изменении температуры.

Сэ - устраняет влияние отрицательной обратной связи на переменную составляющего сигнала.

Свых - служит для передачи выходных напряжений на следующий каскад(нагрузку) и для разделения переменной и постоянной составляющей выходного сигнала.

 

Входная характеристика

 

 

Выходная характеристика

Уменьшение переменной составляющей на входе усилителя относительно точки покоя А приводит к уменьшению напряжения Uбэ (рисунок 1) и соответственно по характеристике к уменьшению Iб. Уменьшение Iб приводит к уменьшению Iк (при запирании транзистора, что эквивалентно увеличению его сопротивления), что приводит к увеличению напряжения Eк.

Eк = Eп – Iк (Rк + Rэ)

 

Такой усилитель изменяет фазу входного сигнала на 180С.

Синфазные сигналы - не имеют сдвига, или совпадающей по фазе.

Противофазные – сдвинуты на 180С относительно друг друга.

Стабилизация рабочей точки при изменении температуры происходит следующим образом: увеличение температуры транзистора приводит к увеличению обратного тока коллектора, что эквивалентно приотпиранию транзистора, что в свою очередь приводит к еще большему нагреванию транзистора, но уже протекающим током, а это влечет за собой еще большее увеличение обратного тока и приводит к нестабильности усиления каскада. Включение Rэ создает падения напряжения от протекающего через него тока

Iэ = Iк+Iб

Величиной равной Uэ=Rэ×Iэ полярностью противоположной той, которая создается цепями смещения. Таким образом, увеличение тока коллектора, а значит и тока эмиттера, приводят к уменьшению потенциала эмиттера относительно базы, а значит к смещению рабочей точки в сторону запирающего транзистора, а значит к уменьшению тока коллектора.

 

 

ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ:

Обратной связью называется передача части энергии входного сигнала на вход усилителя. Если сигнал обратной связи действует согласно с входным сигналом, в результате чего коэффициент усиления возрастает, то такая обратная связь называется положительной. Если сигнал обратной связи противодействует входному сигналу (подается противофазно), и коэффициент усиления уменьшается, то такая связь называется отрицательной.

Отрицательная обратная связь (ООС) улучшает стабильность усиления, уменьшает искажение формы входного сигнала, снижает влияние разброса параметров элементов схемы, увеличивает входное сопротивление каскада.

Одним из видов отрицательной обратной связи является отрицательная местная обратная связь по току. Чтобы ввести такую ООС в усилитель достаточно исключить из схемы конденсатор С_Э. Чем выше ток в цепи эмиттера (R_Э) тем меньше напряжение прикладываемое к переходу база-эмиттер. Так как это напряжение включено встречно к входному.

Если отсутствует в схеме С_Э, то переменная составляющая тока эмиттера будет проходить только через R_Э и под влиянием падения напряжения от переменной составляющей все процессы, происходящие в транзисторе по изменению положения рабочей точки будут аналогичны процессам описанных для постоянной составляющей.

Важной характеристикой усилителя является полоса пропускания, которая определяется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ),которая показывает зависимость входного напряжения от частоты входного сигнала.

 

АЧХ идеального усилителя.

 

 

АЧХ реального усилителя.

 

АЧХ идеального усилителя не должна зависеть от частоты входного сигнала, однако в реальном усилителе этого быть не может, так как всегда существуют элементы, которые ограничат усиление на высоких частотах, а именно: паразитные емкости; процессы связанные со временем перемещения заряда в полупроводниках.

А в области низких частот ограничения усиления вызвано (в частном случае для нашего усилителя) наличием разделительных емкостей С_ВХ и С_ВЫХ, которые для низких частот представляют собой достаточно большое сопротивление

 

Хс=1/(2PfC)

 

Второй важнейшей характеристикой усилителя является амплитудная характеристика- зависимость выходного напряжения от напряжения на входе при f_ВХ=const.

U_ВЫХ

1- Амплитудная характеристика

идеального усилителя

1 2 a- угол наклона определяет коэффициент

усиления усилителя.

Чем больше a тем выше коэффициент усиления.

U_ВЫХ=0; U_ВХ=0; U_ВЫХ=K_УС U_ВХ.

U_ВХ

 

2- Реальный усилитель -происходит некоторое смещение характеристики за счет собственных шумов усилителя (при U_ВХ=0; U_ВЫХ=0).

Вторым отличием от идеальной характеристики является участок ограничения увеличения выходного напряжения при увеличении входного. Этот участок называется напряжением насыщения усилителя.

Реальный усилитель питается от реального источника питания. Насыщение вызвано тем, что усилитель питается от реального источника, имеющего конечное значение напряжения, причем выходное напряжение усилителя,независимо от коэффициента усиления, не может превысить напряжение источника питания (15В)

 

Усилитель с общим коллектором (эмиттерный повторитель).

В отличии от предыдущего усилителя здесь нагрузка включена в эмиттерную цепь. Фаза выходного сигнала по отношению к входному не изменяется. Небольшое увеличение положительного потенциала на входе усилителя вызывает некоторые запирания транзистора. Это в свою очередь приводит к улучшению отрицательного потенциала на R_Э и R_Н. Получается, что входное напряжение в контуре входного тока включено встречно падению напряжения на R_Э.

В этом усилителе создана 100% отрицательная обратная связь по напряжению U_ВЫХ всегда немного меньше U_ВХ.

Чтобы получить АЧХ близкую к идеальной в начальном участке частного диапазона созданы усилители с так называемыми непосредственными связами, без переходных конденсаторов. Такие усилители получили название: усилители постоянного тока (УПТ).

У таких усилителей АЧК выглядит так:

 

 

 

Такие усилители используют в схемах прецизионных решающих (операционных) усилителях. Кроме этого в операционных усилителях (ОУ) обязательно применяют дифференциальный входной каскад.

 

Дифференциальный усилитель.

 

 

В этой мостовой схеме соединение резисторов точки с и d имеют равные потенциалы при условии: R₂/R₂=R₃/R₄, т. е. U_вых=0 независит от напряжения между т. a и b (у питания).

Такой мост называется сбалансированным, а выражение (1) называется условием баланса моста. Диагональ (аb) моста наз. питающей, а диагональ cd измерительной. Резисторы включены в плечи моста.

 

		Rк

 

 

Если в резисторном мосту сопротивления R₁и R₄ сделать переменными и управляемими, то можна получить управляющую зависимость U_вых от входного сигнала. Роль переменных сопротивлений могут выполнять транзисторы односпадного усилителя, как в схеме 2. Это схема носит название односкладный дифференциальный усилитель. Коэффициент усиления которого определяется по формуле 2.

Преимущество такой схемы:

1. Выходное напряжение зависит только от разности входных напряжений, т. е. усиливается только противофаза, разность или диференциальные сигналы.

2. Синфазный (дно) сигнал практически полностью подавляется. Количество подавления его зависит от идентичности параметров тронзисторов и сопротивлений в плечах моста.

3. Не имеет вход. емкостей и представляе собой УПТ.

Операционные усилители

Операционными усилителями наз – усилитель имеющий дифференциальный вход или усилитель постоянного тока с одним выходом, выходные параметры которого зависят только от цепей внешней обратной связи.

Условное обозначение:

 

 

 

ОУ имеет два входа один выход из которых наз инвертирующим, которая обозначается знаком инверсии «О» и не инвертирующим. Питается ОУ от двухполярного источника питания. Обозначается:

 

 

Благодаря этому выходной сигнал может принимать положительные и отрицательные значения относительно общего провода.

Важнейшим свойством ОУ является то, что при одинаковых значениях напряжения на входах, выходное напряжение равно нулю.

Существует понятие идеального и реального ОУ. Идеальный ОУ имеет следующие характеристические параметры:

Кус=¥

Rвх=¥

Rвых=0

Ширина полосы пропускания = ¥

Реальный ОУ имеет параметры близкие к идеальным:

Кус до 10

Rвх до 1ГОм

Rвых десятки Ом