II.7. Свойства усилительных элементов при различных способах

включения.

Свойства усилительного элемента (электронной лампы и транзистора) сильно зависят от способа его включения в схему усилителя. В зависимости от того, какой из электродов УЭ присоединён к общему проводу, соединяющему источник сигнала с нагрузкой, различают три способа включения:

1. Для биполярных транзисторов:

- с общим эмиттером (рис.2.23а);

- с общим коллектором (рис.2.23б);

- с общей базой (рис.2.23в).

а) б)

в)

Рис.2.23. Способы включения транзистора:

а) с общим эмиттером; б) с общим коллектором; в) с общей базой.

2. Для полевых транзисторов:

- с общим истоком (рис.2.24а);

- с общим стоком (рис.2.24б);

- с общим затвором (рис.2.24в).

а)

б)

в)

Рис.2.24.Способы включения полевых транзисторов в усилительных

схемах (с каналом р-типа):

а) с общим истоком; б) с общим стоком; в) с общим затвором.

Усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером (ОЭ).

Принципиальная схема усилителя с ОЭ изображена на рис.2.25.

Рис. 2.25. Усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером.

При включении с ОЭ транзистор даёт усиление тока и напряжения сигнала, т.е. усиливает сигнал по мощности и меняет полярность усиливаемого сигнала. Усиление по мощности при включении с ОЭ максимально по сравнению с другими способами включения. Входное сопротивление у маломощных транзисторов при этом способе включения составляет сотни и тысячи Ом и заметно снижается при увеличении нагрузки выходной цепи. Выходное сопротивление довольно велико и лежит в пределах от десятков до сотен кОм для маломощных транзисторов. Коэффициент гармоник при включении с ОЭ максимален из всех способов включения и может достигать (5 ¸ 20)% при полном использовании характеристик транзистора.

Вследствие большого усиления мощности сигнала (до десятков тысяч раз) включение с ОЭ применяется почти во всех каскадах предварительного усиления.

Усилитель на биполярном транзисторе с общей базой (ОБ).

Принципиальная схема усилителя изображена на рис.2.26.

Рис. 2.26. Усилитель на биполярном транзисторе с общей базой.

Так как переменная составляющая тока коллектора меньше переменной составляющей тока эмиттера (на величину тока базы), при включении с ОБ транзистор не усиливает входной ток сигнала, а даёт лишь усиление напряжения сигнала. Входное сопротивление транзистора при таком включении минимально и практически активно в рабочей полосе частот транзистора. Частотные свойства транзистора с ОБ наилучшие из всех способов включения. При включении с ОБ транзистор не меняет полярность усиливаемых сигналов.

Нелинейные искажения, вносимые транзистором при включении с ОБ, невелики: коэффициент гармоник каскада даже при полном использовании характеристик транзистора обычно лежит в пределах (2 ¸ 6) % . Большим достоинством включения с ОБ является то, что при замене одного экземпляра транзистора на другой свойства усилительного каскада практически не изменяются. При таком включении транзисторы в плечах двухтактной схемы подбора не требуют, и в схему можно ставить любые исправные экземпляры транзисторов.

Вследствие указанных свойств включение с ОБ нередко применяется в каскадах мощного усиления (обычно в двухтактной схеме), когда коэффициент гармоник при включении с общим эмиттером оказывается чрезмерно велик, а также при невозможности или нежелательности подбора транзисторов в плечах схемы. В каскадах предварительного усиления включение с ОБ применяется редко, так как из-за низкого входного сопротивления оно обычно требует использования трансформаторной межкаскадной связи с предыдущим каскадом.

Усилитель на биполярном транзисторе с общим коллектором (ОК). Принципиальная схема усилителя с ОК изображена на рис.2.27.

Рис.2.27. Усилитель на биполярном транзисторе с общим коллектором.

При включении с ОК транзистор усиливает лишь ток сигнала, не давая усиления напряжения. Полярность выходного сигнала при этом включении не изменяется, поэтому такой усилитель называют эмиттерным повторителем. Транзистор, включённый с ОК, имеет высокое входное сопротивление, растущее почти пропорционально сопротивлению нагрузки цепи эмиттера переменному току, малую динамическую входную ёмкость, малую выходную ёмкость и малое выходное сопротивление. Коэффициент гармоник при таком включении невелик.

Вследствие отсутствия усиления напряжения включение транзистора с ОК чаще всего применяют в качестве входных каскадов многокаскадных усилителей для повышения входного сопротивления усилителя и уменьшения его входной ёмкости. Эмиттерный повторитель также применяют в качестве выходного каскада при работе усилителя на низкоомную нагрузку или при необходимости иметь низкое выходное сопротивление усилителя.

Усилитель на полевом транзисторе с общим истоком.

Принципиальная схема усилителя приведена на рис.2.28.

Рис. 2.28. Усилитель на полевом транзисторе с общим истоком.

Принцип построения схемы аналогичен схеме усилителя на биполярном транзисторе, включённом с ОЭ. Резистор R_C является нагрузкой усилителя. В данной схеме R_И , R_З и C_И образуют ц епочку автоматического смещения. На R_И происходит падение напряжения, обусловленное током стока, которое передаётся на затвор через резистор R_З, и определяет положение рабочей точки, т.е. режим работы транзистора по постоянному току. В режиме переменного тока резистор R_И шунтирован ёмкостью С_И; при этом положение точки покоя, определённое в режиме постоянного тока, не нарушается. Величина ёмкости С_И выбирается такой, чтобы на самой низшей частоте спектра усиливаемого сигнала её сопротивление было значительно меньше величины R_И.

Усилитель на полевом транзисторе с общим стоком.

Принципиальная схема усилителя приведена на рис.2.29.

Рис. 2.29. Усилитель на полевом транзисторе с общим стоком

(истоковый повторитель).

Эта схема также аналогична схеме усилителя на биполярном транзисторе, включённом с ОК. В данном случае резистор R играет роль сопротивления нагрузки. Резистор R_И и конденсатор С_И выполняют роль цепочки автоматического смещения.

Усилитель на полевом транзисторе с общим затвором.

Усилитель на полевом транзисторе с общим затвором в схемотехнике используется редко, так как при таком способе включения теряется главное достоинство ПТ – высокое входное сопротивление, и поэтому рассматривать такие каскады мы не будем.

Комбинированные усилительные каскады, использующие сочетание

полевых транзисторов с биполярными.

Достоинства полевых транзисторов – высокое входное сопротивление, возможность получения нулевого температурного дрейфа, высокая радиационная стойкость, низкий уровень шумов и относительная простота технологии производства – обусловили широкое их применение в усилительной технике. Особо надо отметить, что БТ первыми двумя свойствами принципиально не обладают. Главный недостаток ПТ – невысокая крутизна стоковых характеристик. Поэтому в усилительной схемотехнике часто используется сочетание ПТ с БТ (комбинированные каскады). В них наилучшим образом реализуются достоинства обоих активных элементов: высокое входное сопротивление полевых и значительное усиление биполярных транзисторов. Чаще всего применяются следующие комбинации: ОИ – ОЭ; ОС – ОЭ; ОИ – ОБ; ОС – ОБ; ОИ – ОК; ОС – ОК.

Комбинированные схемы, в которых первым каскадом является ПТ с ОЗ, применяются весьма редко по указанной выше причине.

Контрольные вопросы:

1. Нарисуйте блок-схему усилителя и поясните назначение его блоков.

2. Объясните принцип усиления электрических сигналов.

3. По рис 2.4. произведите графический анализ работы усилителя и сделайте выводы.

4. С какой целью в цепь базы транзистора подаётся напряжение смещения? Какие способы подачи напряжения смещения вам известны?

5. Для чего производится стабилизация точки покоя транзисторного каскада? Нарисуйте схемы эмиттерной и коллекторной стабилизации тока покоя при включении транзистора с общим эмиттером.

6. Какие типы межкаскадной связи вам известны? Нарисуйте схемы каскадов с различными видами связей и проанализируйте их достоинства и недостатки.

7. Какими преимуществами обладают двухтактные каскады по сравнению с однотактными? Когда целесообразно применять двухтактные каскады?

8. Дайте определение инверсному каскаду. Когда целесообразно применение инверсных каскадов? Нарисуйте схему инверсного каскада и поясните назначение элементов схемы.

9. Какой режим работы усилительного элемента называют режимом А? Чем характерен этот режим и когда целесообразно его применение?

10. Какой режим работы усилительного элемента называют режимом Б? Чем характерен этот режим и когда целесообразно его применение?

11. Какой режим работы усилительного элемента называют режимом С?

Чем характерен этот режим и когда он применяется?

12. Дайте определение режиму работы D. Где применяется этот режим работы усилительного элемента?

13. Какие существуют способы включения усилительного элемента в схему? Нарисуйте схемы включения биполярного транзистора с общим эмиттером, общим коллектором и общей базой.

14. Нарисуйте схемы включения полевого транзистора с общим истоком, общим стоком и общим затвором.