ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОТЕ КАСКАДОВ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Рабочая схема однокаскадного усилителя диапазона звуковых частот на биполярном транзисторе представлена на рис.1.

Рис. 1. Основной однокаскадный транзисторный усилитель диапазона звуковых частот на биполярном транзисторе

Z_вх ≈ R_B, R_H > 5R_E, R_E ≈ 100-1000 Ом, Z_вых ≈ R_H, R_H ≈ 10R_E, I_усил ≈ R_B/R_E,

R_B ≈ 10R_E, R_B < 20R_E, U_усил ≈ R_H/R_E, U_колл ≈ 0,5 • питание (устанавливается R_A); I_усил ≈ стабильность ≈ R_B/R_E, S ≈ 20 для обеспечения высокого коэффициента усиления; S ≈ 10 для обеспечения стабильности; S ≈ 5 для обеспечения коэффициента по мощности; С₁ ≈ 1/3,2FR для 3 дБ.

Входной и выходной конденсаторы связи предназначены для предотвращения протекания постоянного тока как во внешние схемы, так и из них. Шунтирующий конденсатор С₃ соединен с эмиттерным резистором R_E. Конденсатор С₃ необходим только при определенных условиях. Основное назначение подключенного к эмиттеру резистора R_E состоит в стабилизации коэффициента усиления. Максимальный коэффициент усиления по напряжению обеспечивается в том случае, когда значение сопротивления R_H выбрано больше сопротивления R_E. Аналогичным образом коэффициент усиления по току возрастает при увеличении значения сопротивления относительно сопротивления R_B. Однако схема обладает наибольшей стабильностью, когда значения сопротивлений R_B и R_H выбираются меньшими относительно сопротивления R_E. При этом коэффициент усиления схемы будет стабилизироваться при воздействии температуры, изменениях напряжения источника питания в том случае, когда значение сопротивления R_E выбрано большим относительно сопротивлений R_B и R_H. Следовательно, существует компромиссное решение при выборе коэффициента усиления и стабильности схемы. Такой вид эмиттерной обратной связи известен как каскадная обратная связь или местная обратная связь, поскольку охватывает только один каскад. Общая обратная связь или петлевая обратная связь используется в случае охвата нескольких каскадов.

Входное и(или) выходное полные сопротивления определяются значениями сопротивлений R_B и R_H, как указано в приведенных под рис.1. уравнениях (здесь подразумевается, что R_A >> R_B. В противном случае под R_B следует понимать R_B || R_A). Передача максимальной мощности осуществляется при согласовании значений сопротивлений R_B и R_H. С полными сопротивлениями соответственно предыдущего и последующего каскадов. Максимальное выходное напряжение задается напряжением источника питания. При работе усилителя в классе А его коллектор функционирует приблизительно при половинном значении напряжения источника питания. Это позволяет обеспечить максимальный положительный и отрицательный размах выходного напряжения.

Номиналы конденсаторов С₁ и С₂ зависят от нижней границы рабочего частотного диапазона усилителя. Конденсатор С₁ и сопротивление R_B образуют RC-фильтр верхних частот (подавление нижних частот). Конденсатор С₂ совместно с входным сопротивлением следующего каскада (или с сопротивлением нагрузки) образует другой фильтр. При заданном значении сопротивления для обеспечения прохождения сигналов более низких частот требуется больший номинал конденсатора. Конечно, если имеется возможность выбрать большие значения сопротивления (для той же исходной частоты), то номинал конденсатора можно снизить. Поскольку биполярные транзисторы представляют собой токовые приборы с низкими полными сопротивлениями, то конденсаторы связи в таких усилителях имеют, как правило, большие номиналы по сравнению с их номиналами в усилительных схемах на полевых транзисторах (и на электровакуумных приборах).

Шунтирование эмиттера в транзисторных усилительных схемах

На рисунке 1 изображен (штриховой линией) конденсатор С₃, шунтирующий эмиттерный резистор R_E. Такое включение конденсатора С₃ позволяет при наличии сигнала исключить из схемы резистор R_E хотя он и присутствует в схеме (для постоянного тока). При исключении сопротивления на пути прохождения сигнала коэффициент усиления по напряжению определяется приблизительно отношением сопротивления R_H к динамическому сопротивлению транзистора, а коэффициент усиления по току приблизительно равен параметру β транзистора на переменном токе. Следовательно, применение конденсатора, шунтирующего эмиттер, позволяет сохранить высокостабильную работу схемы по постоянному току и в то же время обеспечить высокий коэффициент усиления сигнала.

Такое шунтирование эмиттера применяется в основном в тех случаях, когда необходимо от одного каскада усиления получить максимальный коэффициент передачи, не считаясь с его стабильностью. Номинал конденсатора, шунтирующего эмиттер, должен быть таким, чтобы его реактивное сопротивление было меньше входного полного сопротивления транзистора на самой низкой частоте рабочего диапазона. Это позволяет эффективно закорачивать эмиттер (путь сигнала через резистор R_E). Емкость конденсатора С₃ можно вычислить из следующего соотношения:

Емкость = 1/6,2 FR,

где значение емкости получается в фарадах, F представляет собой нижнюю граничную частоту в герцах, R — максимальное входное полное сопротивление транзистора в Омах.