Каскады и многокаскадные усилители на биполярных транзисторах

При решении многих инженерных задач, например измерении и автоматизации технологических процессов, создании различных устройств промышленной электроники, возникает необходимость в усилении электрических сигналов. Чаще других требуется усиление напряжения. На рис. 3.1 дана схема однокаскадного усилителя на биполярном транзисторе VT. Включенный по схеме с общим эмиттером транзистор позволяет увеличить напряжение, ток и мощность. Рассмотрим назначения элементов для усилительного каскада напряжения.

Рис. 3.1

Резистор R_К является коллекторной нагрузкой транзистора VT. Напряжение на резисторе R_К равно выходному напряжению каскада.

Резистор эмиттерной цепи R_Э выполняет функцию отрицательной обратной связи в каскаде. Увеличение эмиттерного тока в транзисторе вызывает увеличение напряжения на резисторе R_Э, что в свою очередь ведёт к снижению тока базы, так как напряжение U_Э=I_ЭR_К действует навстречу напряжению, создающему ток в базе. При наличии R_Э уменьшается коэффициент усиления, но происходит температурная стабилизация режима работы и увеличивается входное сопротивление каскада.

Благодаря наличию R_Э, коэффициент усиления каскада без учёта нагрузки К_U=R_К/R_Э практически не зависит от параметров используемого транзистора.

Делитель напряжения на резисторах R₁ и R₂ задаёт постоянное напряжение смещения на базе транзистора VT, т.е. даже при отсутствии выходного сигнала транзистор усилительного каскада находится в рабочем режиме, по нему протекает некоторый базовый ток и соответственно усиленный коллекторный ток. Постоянный ток коллектора создаёт на резисторе R_К падение напряжения, равное приблизительно U_пит/2.

В этом случае на выходе каскада можно получить переменную составляющую напряжения максимальной амплитуды без искажений.

Напряжение смещения выбирается таким образом, чтобы известное входное напряжение не запирало транзистор, т.е. переход эмиттер-база всегда был смещён в прямом направлении. В противном случае в форме выходного напряжения будут появляться нелинейные искажения, соответствующие моментам закрытого состояния транзистора.

Сопротивления резисторов R₁, R₂, R_Э и R_К рассчитываются для каждого конкретного случая использования усилительного каскада.

Разделительные конденсаторы и пропускают только переменную составляющую сигнала. Подключение к схеме источника сигнала и нагрузки через разделительные конденсаторы не влияет на постоянное напряжение смещения, рассчитанное для данного каскада.