Простейший транзисторный усилитель.

Электроника, электрика / Не разобранное - электрика
Alexsandrs
1 539
7-10-2017, 15:03
0

Здесь будет рассказано про рабочий режим транзистора.
Рассмотрим простейший усилитель на основе транзистора с ОЭ (общим эмиттером) (рис. 18 а))

Рис. 18.
На рис 18. b) чёрный график – выходное напряжение в точке B в масштабе 5в на клетку, красный график – входное напряжение в точке A в масштабе 50 мВ на клетку. Видно, что в точке B выходное напряжение много больше (более чем в 100 раз) входного (точка A). Резисторный делитель R1 и R2 задаёт режим работы (устанавливает такое напряжение на базе, при котором на выходе, без сигнала, напряжение будет равно половине питания (чтобы можно было в равной мере усиливать как положительную, так и отрицательную полуволну)). На черном графике (рис 18.с)) показана форма выходного напряжения, когда на базе транзистора завышено напряжение смещения (при этом на выходе оно будет немного занижено). Там видно, что нижняя часть сигнала искажена, т.к. в этот момент транзистор уже полностью открылся, и не может опустить ещё ниже напряжение. Также, на черном графике (рис 18.d)) показана форма выходного напряжения, когда на базе транзистора напряжение смещения немного занижено, при этом на выходе напряжение завышено (напряжение без сигнала на выходе больше половины питания). Видны искажения верхней части сигнала. Они возникают из-за того, что транзистор уже полностью закрылся (ток через него не течёт), на выходе установилось напряжение = напряжению питания, но выше питания оно подняться уже не может. Если же на вход подать слишком большой по уровню сигнал, то на выходе будем наблюдать сигнал, срезанный как сверху, так и снизу. Амплитуда нашего сигнала не превышала 50 мВ, но этого было достаточно, чтобы даже при малейших отклонениях напряжения смещения на базе, на выходе наблюдались заметные искажения сигнала. Это значит, что параметры делителя напряжения должны быть подобраны очень точно. К тому же, транзистор очень чувствителен к температуре, при её изменении, нужно будет заново подбирать параметры делителя.
Небольшое замечание по токам на ножках транзистора. Через коллектор течёт основной ток транзистора (тот, что течёт через канал эмиттер-коллектор). Через базу течёт только ток управления (достаточно мал, во много раз меньше тока коллектора). Через эмиттер течёт ток, равный току коллектора (это большой ток, равен току через канал эмиттер-коллектор) + ток базы. Т.к. ток базы несоизмеримо мал, по сравнению с током коллектора, им часто можно пренебречь, и считать, что ток через эмиттер равен току через коллектор.
Добавим в цепь эмиттера резистор (рис. 19. a), R4) и посмотрим что получится.

Рис 19.
На графике (рис 19 b)) показаны входные и выходные напряжения (красный – в точке А, чёрный – в точке B) в одинаковом масштабе – 5в на клетку.
Допустим, коэфф. усиления транзистора очень большой, в каком-то приближении можно считать его бесконечным (даже мизерный ток в базе вызовет открытие канала к.-э.). На рис. 19. с) представлен эквивалент схемы рис 19 a). Вместо транзистора нарисован переменный резистор (R, канал э.-к.), сопротивление которого изменяется, при приложении напряжения между точками e и b. Когда напряжение между e и b отсутствует сопротивление R бесконечно. Когда же напряжение на b больше напряжения на e (есть разность напряжений (и ток, но в нашем случае, даже бесконечно малый ток может управлять сопротивлением R) , и она больше пороговой (Ub, например = 0.5В)), сопротивление R падает до 0, при этом, напряжение в точке В равно напряжению в C и будет равно: UC=R4 * I = R4 * Uп / (R3+R+R4)= 100*12/(1000+0+100)= ~1в. При бесконечном сопротивлении R – ток не течёт, Uc = 0В, UB = Uп = 12В. Подадим в точку A напряжение UA= 0.7В. При разности напряжений между e и b (Ueb) больше Ub, сопротивление начинает R резко падать. Через цепь R3, R и R4 начинает течь ток (он на них одинаков). Этот ток вызывает рост напряжение в точке C (UC = I * R4 = R4 * Uп / (R3+R+R4)). Рост напряжения в точке C (и соот. e), вызывает уменьшение разности напряжений Ueb. Рост напряжения в С остановится только тогда, когда разность напряжений между e и b будет не больше Ub (у нас Ub=0.5В), потому, что при меньшей разности сопротивление R будет уже увеличиваться, что вызовет падение тока I и падение напряжения в C и соотв. опять рост разности напряжений e и b. Таким образом, разность напряжений между e и b всегда будет равна Ub. Посмотрим, какое при это напряжение в точке B. Напряжение в A, UA = 0.7В, Ub=0.5В, тогда напряжение в С = UC = UA-Ub = 0.2В. Ток в цепи равен току через R4, I= UC/R4 = 0.2 / 100 = 0.002 A. Т.к. ток во всей цепи (R3, R и R4) одинаков и равен I, найдем падение напряжения на R3. Оно равно I * R3 = 0.02 * 1000 =2В. Напряжение в B равно напряжение питания минус падение на R3, UC=Uп – I * R3 = 12 – 2 = 10В. Итого, общая формула: UB = Uп – I * R3 = Uп – (UC/R4) * R3 = Uп – ((UA - Ub)/R4) * R3. Тогда при UA =1В, UB= 12 - ((1-0.5)/100) * 1000 = 7В. Т.е. при росте входного напряжения на 0.3В (с 0.7В до 1В), напряжение на выходе упало на 3В (с 10В до 7В), т.е. сигнал был усилен в 10 раз. Коэфф. усиления здесь равен R3/R4. Чтобы такой усилитель нормально усиливал, нужно загнать входное и выходное напряжение в допустимые пределы (см. рис 18). Для этого определим эти пределы. Самое высокое напряжение на выходе (UB), которое может быть, это напряжение питания, когда R равен бесконечности (I=0), это возможно, когда разность напряжений между e и b меньше Ub, это значит, что при UA < Ub, на выходе напряжение будет максимально. Минимально возможное напряжение в UB когда сопротивление R =0. UB = UC = UC=R4 * I = R4 * Uп / (R3+R+R4)= 100*12/(1000+0+100)= ~1в., UA = UC + Ub, т.е. в нашем случае UA> 1.5В. Мы получили, что наша схема будет усиливать при изменении входного сигнала от 0.5В до 1.5В. Желательно иметь некоторый запас. Итого, чтобы усилить сигнал без искажений, он должен лежать в диапазоне от 0.6Вдо 1.4В, т.е. его средний уровень равен 1В (относительно его верхние и нижние полуволны не более 0.4В). Этот средний уровень задаётся делителем R1 R2. А сигнал в точку A сигнал подаётся через разделительный конденсатор, на котором установится постоянное смещение напряжения. Для схемы (рис 19 a)) уже не так сложно подобрать параметры делителя для выбора рабочей точки, т.к. коэфф. усиления не очень большой и рабочая точка может быть не очень точной. Иногда нужно получить немного больший коэфф. усиления, для этого, параллельно R4 ставят конденсатор (см. Рис 20.)

Рис 20.
При этом, при низких частотах конденсатор не влияет на работу схемы (через него не течёт ток), и коэфф. усиления не велик, зато на высоких – он работает как проводник (или доп. резистор), в итоге на высоких частотах добавление конденсатора эквивалентно уменьшению сопротивления R4, что вызывает увеличение усиления высоких частот. Рассмотренная схема усилителя работает в режиме А (когда в цепи всегда течёт ток, не зависимо от входного сигнала и нагрузки), они хорошо усиливают по напряжению, но не могут нормально усиливать по току.

Источник: http://people.overclockers.ru

Обсудить на форуме