Усилители на биполярном транзисторе

Функциональная схема усилителя на биполярном транзисторе приведена на рис. 5.1, а. Резисторы R₁ и R₂ задают режим покоя каскада, при котором в транзисторе протекают только постоянные токи покоя базы I_Бп, коллектора I_Кп и эмиттера I_Эп.

Рисунок 5.1. Усилитель на биполярном транзисторе:

а- схема; б- статические входные характеристики;

в- выходные характеристики.

На базе, коллекторе и эмиттере действуют постоянные напряжения покоя U_Бп, U_Kп, U_Эп.

Конденсаторы С₁ и С₂ — разделительные. Конденсатор С₁ препятствует протеканию постоянного тока с делителя R₁, R₂. Конденсатор С₂ препятствует прохождению постоянного напряжения на резистор R_H. На этом резисторе действует переменная составляющая коллекторного напряжения. Резистор R_Э определяет ток покоя через транзистор при заданном напряжении U_Бп. Этот резистор для переменного сигнала является отрицательной обратной связью, предназначенной для стабилизации режима покоя транзистора при изменении его температуры. При увеличении (например, из-за роста температуры) тока коллектора покоя I_Кп возрастают ток эмиттера покоя I_Эп и падение напряжения на резисторе R_Э, поскольку U_Эп= I_ЭпR_Э.

Так как напряжение U_Бпфиксировано делителем R₁ R₂, то с увеличением U_Эппроисходит закрывание транзистора. Это ведет к уменьшению коллекторного тока. Происходит автоматическая балансировка режима работы транзистора в режиме покоя.

Введение резистора R_Эизменяет работу каскада при усилении переменного входного сигнала. Переменный ток эмиттера создает на резисторе падение напряжения U_Э = I_ЭR_Э, которое уменьшает усиливаемое напряжение. Коэффициент усиления каскада:

Для исключения резистора R_Эдляпротекания переменного тока его необходимо шунтировать конденсатором С₃достаточно большой емкости. При наличии конденсатора общее сопротивление в цепи эмиттера:

где X_c = 1/jωС.

Расчет параметров каскада в режиме покоя по постоянному току проводят графоаналитическим методом с использованием статических входных и выходных вольт-амперных характеристик (ВАХ) (рис. 5.1, б, в).

Для определения параметров выходного сигнала в динамическом режиме усиления сопротивление нагрузки R_H подключается параллельно сопротивлению R_K.

Общее сопротивление в цепи коллектора R_K0 = R_KR_H/(R_K + R_H). При этом следует учитывать, что Х_С2 = 0. Поскольку R_K > R_K0, то нагрузочная прямая проходит по линии СД.

Рассмотренный каскад дает ограниченное усиление из-за того, что сопротивление R_K определяет рабочую точку на выходных характеристиках по постоянному току с учетом допустимых нелинейных искажений. С увеличением R_K нелинейные искажения увеличиваются. Чтобы исключить эту зависимость, применяют динамическую коллекторную нагрузку.