Підсилювальний каскад на біполярному транзисторі з ОЕ

Серед численних варіантів підсилювальних каскадів на БТ найширше застосування знаходить каскад з ОЕ, що має максимальний коефіцієнт передачі по потужності варіант схеми якого приведений на малюнку 2.9.

Если входного сигнала нет, то каскад работает в режиме покоя. С помощью резистора задается ток покоя базы . Ток покоя коллектора . Напряжение коллектор-эмиттер покоя . Отметим, что в режиме покоя напряжение составляет десятки и сотни мВ (обычно 0,5…0,8 В). При подаче на вход положительной полуволны синусоидального сигнала будет возрастать ток базы, а, следовательно, и ток коллектора. В результате напряжение на возрастет, а напряжение на коллекторе уменьшится, т.е. произойдет формирование отрицательной полуволны выходного напряжения. Таким образом, каскад с ОЭ осуществляет инверсию фазы входного сигнала на .

Графічно проілюструвати роботу каскаду з ОЕ можна, використовуючи вхідні і вихідні статичні характеристики БТ, шляхом побудови його динамічних характеристик (ДХ) [5,6]. Унаслідок слабкої залежності вхідної провідності транзистора g від величини навантаження, вхідні статичні і динамічні характеристики практично співпадають. Вихідні ДХ - це прямі лінії, які в координатах відповідають рівнянням, що виражають залежності між постійними і змінними значеннями струмів і напруги на навантаженнях каскаду по постійному і змінному струму.

Процес побудови вихідних динамічних характеристик (прямих навантажень по постійному - змінному - струму) зрозумілий з малюнка 2.10.

Слід зазначити, що проста побудова ДХ можливо тільки при активному навантаженні, тобто в області СЧ АЧХ (див. рис.2.2), в областях НЧ і ВЧ прямі навантажень трансформуються в складні криві.

Побудова ДХ і їх використання для графічного розрахунку підсилювального каскаду детально описана в [5,6].

Навантаження даного каскаду по постійному і змінному струму визначаються як:

Координати робочої точки для малосигнальних підсилювальних каскадів вибирають на лінійних ділянках вхідний і вихідний ВАХ БТ, використовуючи в малосигнальних підсилювальних каскадах так званий режим (клас) посилення А. Другие режими роботи каскадів частіше використовуються в підсилювачах потужності, і будуть розглянуті у відповідному розділі.

За відсутності в довідкових даних ВАХ БТ, координати робочої точки можуть бути визначені аналітичним шляхом (див. малюнок 2.10):

,

де - напруга нелінійної ділянки вихідних статичних ВАХ транзистора ;

Якщо для малосигнальних каскадів в результаті розрахунку по вищенаведених формулах значення і опиняться, відповідно, менше 2 В і 1 мА, то, якщо не пред'являються додаткові вимоги до економічності каскаду, рекомендується брати ті значення координат робочої точки, при яких наводяться довідкові дані і гарантуються оптимальні частотні властивості транзистора.

Для розрахунку параметрів підсилювального каскаду по змінному струму зручно використовувати методику, описану в розділі 2.3, а БТ представляти моделлю, запропонованою в розділі 2.4.1.

На відміну від раніше розглянутого каскаду (рис.2.9) тут застосована емітерна схема термостабілізації ( ), що забезпечує кращу стабільність режиму спокою, принцип її роботи буде розглянутий далі. Конденсатор необхідний для шунтування з метою з'єднання емітера транзистора із загальним дротом на частотах сигналу (усунення зворотного зв'язку на частотах сигналу, вигляд і характер цього зв'язку буде розглянутий у відповідному розділі).

З метою спрощення аналізу каскаду виділяють на АЧХ області НЧ, СЧ і ВЧ (див. рис.2.2), і проводять аналіз окремо для кожної частотної області.

Як видно, ця схема не містить реактивних елементів, оскільки в області СЧ впливом на АЧХ розділових ( ) і блокувальних ( ) ємкостей вже можна нехтувати, а вплив інерційності БТ і ще трохи.