Усилители на транзисторе

В промышленной электронике очень часто возни­кает необходимость в усилении электрических сигна­лов, например, при измерениях неэлектрических ве­личин электрическими методами, контроле и автома­тизации технологических процессов. Для решения этих задач используют электронные усилители – устройства, которые служат для усиления напряже­ния, тока или мощности слабых электрических сиг­налов.

В настоящее время в усилителях широко приме­няют транзисторы, которые заменили электронные лампы.

Типовая схема транзисторного усилителя по схеме с общим эмиттером приведена на рис. .

Рис. Усилитель на транзисторе.

Сопротивление нагрузки под­ключено к коллектору транзистора через разделительный кон­денсатор Ск. При отсутствии входного сигнала через переход эмиттер—база протекает ток базы Iб, величина которого опре­деляется сопротивлением Rб и напряжением источника пита­ния:

Путь тока базы: +Ек— масса — эмиттер — ба­за — Rб — минус источни­ка.

Ток базы вызывает в раз больший ток кол­лектора.

Путь тока коллектора: +Ек — масса — эмиттер — коллектор— Rк — минус источника.

При подаче входного сигнала в отрицательные по­лупериоды ток базы уве­личивается, а в положи­тельные уменьшается. Таким образом, ток базы изменяется, повторяя фор­му входного сигнала. По этому же закону изменяется ток кол­лектора, но с амплитудой, в раз большей. Часть переменной составляющей коллекторного тока через разделительный кон­денсатор ответвляется на сопротивление нагрузки.

Сопротивление Rб выбирается таким, чтобы рабочая точка находилась на середине линии нагрузки.

(Если сопротивление базы будет велико, то начальный ток базы будет мал, и в по­ложительные полупериоды транзистор запирается. Если сопротивление нагрузки выбрать малым, то ток базы увеличивается и в отрицательные полупериоды транзистор входит в насыщение. Насыщение транзистора воз­никает потому, что ток через него не может быть больше ).

Iк

Усилители низкой частоты в основном предназна­чены для обеспечения заданной мощности на выход­ном устройстве, в качестве которого может быть громкоговоритель, записывающая головка магнито­фона, обмотка реле, катушка измерительного прибора и т. д.

Как правило, входной сигнал очень мал, его значение недостаточно для нормальной работы усилителя. В связи с этим перед усилителем мощности вклю­чают один или несколько каскадов предварительного усиления, выполняющих функции усилителей напря­жения.

Наиболее распространенная схема усилительного каскада на транзисторе с ОЭ показана на рис. .

Рис. Схема усилителя на биполярном транзисторе с ОЭ

Входное усиливаемое переменное напряжение u_вх подводится ко входу усилителя через разделительный конденсатор C_p1. Конденсатор C_p1 разделяет источник входного сигнала и базовый вход усилителя по постоянному току, чтобы исключить нарушение начального режима работы транзистора VI. Усиленное переменное напряжение, выделяемое на коллекторе транзистора VI, подводится к внешней нагрузке с сопротивлением R_н через разделительный конденсатор С_р2. Этот конденсатор служит для разделения выходной (коллекторной) цепи транзистора и внешней нагрузки по постоянной составляющей коллекторного тока I_ок. Значение I_ок и других постоянных составляющих токов и напряжений в цепях транзистора зависят от режима работы по постоянному току (положения рабочей точки на нагрузочной прямой). Положение рабочей точки, т.е. значение начального тока базы I_об задается делителем RI, R2. При отсутствии входного переменного сигнала в цепи коллектора протекает постоянный ток I_ок, значение которого определяется из выражения:

где R_к - сопротивление в цепи коллектора,

R_э - сопротивление в цепи эмиттера.

Решив это уравнение относительно тока I_ок, получим динамическую характеристику транзистора по постоянному току

.

Это выражение представляет собой уравнение прямой линии,

проходящей через точки с координатами: Е_к, 0; 0, , изображенными на выходных характеристиках транзистора.