Транзисторный усилитель

Построить принципиальную схему однотактного резистивного трансформаторного усилителя и рассчитать его параметры

Исходные данные (шифр …….25):

РЕШЕНИЕ

1. Принципиальная электрическая схема простейшего однотактного резистивного транзисторного усилителя, выполненного по схеме с общей базой (ОБ), представлена на рис.1.1а.

Рис.1.1а. Транзисторный n-p-n усилитель с общей базой

В транзисторном усилителе с общей базой (рис.1.1а) источник входного сигнала Uвх подключен через разделительный конденсатор Ср к эмиттеру транзистора VT и общему проводу, соединенному с базой.

Эмиттерный переход транзистора VT открыт током, текущим от источника сигнала смещения G1через резистор Rэ. Коллекторный ток практически равен эмиттерному. Эти токи устанавливаются подбором резистора Rэ, но их можно и рассчитать, вычитая из напряжения источника смещения G1 примерно 0,6 В (напряжение база-эмиттер открытого кремниевого n-p-n транзистора) и поделив получившееся напряжение на Rэ.

Коллекторная цепь транзистора питается от основного источника питания G2 через сопротивление нагрузки Rн, величину которого выбирают таким, чтобы на нем "падало" около половины напряжения коллекторного питания - тогда на выходе можно получить наибольшую амплитуду усиленного сигнала.

Данный каскад не усиливает ток сигнала, поскольку коллекторный ток составляет около 0,99 эмиттерного. Но усиление по напряжению может быть значительным (порядка 100), поскольку в коллекторную цепь включено большее сопротивление. Таким же будет и усиление по мощности.

Однако входное сопротивление каскада очень низкое и составляет всего десятки-сотни Ом, так как вход усилителя нагружен на открытый эмиттерный переход, потребляющий значительный ток не только от источника питания G1, но и от источника сигнала. По этой причине данную схему включения не применяют в усилителях низкой, например звуковой, частоты.

Другой недостаток - необходимость дополнительного источника смещения, который, однако, можно заменить с помощью резисторных цепей смещения. Пример такого подхода представлен на схеме рис 1.1б, где условия работы транзистора в режиме постоянного тока (начальная рабочая точка) устанавливаются резисторами R1, и R2.

Рис.1.1б. Транзисторный n-p-n усилитель с общей базой и цепями смещения.

Достоинствами схемы с общей базой являются: отличная температурная стабильность и полное использование частотных свойств транзистора. Например, широко распространенный и дешевый транзистор серии КТ315, при использовании в данной схеме включения, может усиливать сигналы частотой до 250 МГц (граничная частота транзистора). На высоких частотах в качестве нагрузки чаще всего включают уже не резистор, а колебательный контур. Низкое же входное сопротивление хорошо согласуется со стандартными волновыми сопротивлениями коаксиальных кабелей 50 или 75 Ом. Схема с общей базой не вносит изменений в фазу сигнала между входом и выходом.

Благодаря всем этим особенностям область применения усилителя с общей базой сильно ограничена, однако эта схема обеспечивает усиление по напряжению и часто используется для усиления сигналов от источников с низким сопротивлением, таких, как микрофоны, различные датчики и антенны.

Рис.1.2 Семейство выходных характеристик транзистора и нагрузочная линия (НЛ)

На основании рис.2 определяем значение выходного тока усилителя в точке А и сопротивление нагрузки Rн:

Rн = (Eк - U₀) / Iвых = (12 - 6) / 0,009 = 666,7 Ом

3. По данным выходной динамической характеристики (точки пересечения НЛ со статическими характеристиками транзистора) с учетом семейства входных статических характеристик (рис.3) определим параметры входных динамических характеристик усилителя Iвх = f (Uвх), Uвых = f (Iвх), для чего в каждой точке пересечения НЛ с выходными статическими характеристиками транзистора определяем значения Iвх и Uвых. При этом:

Iвх = Iэ; Iвых = Iк; Uвых = Eк - U_кб

В результате получим следующие данные (табл.1.1), по которым можно построить искомые входные динамические характеристики усилителя.

Рис.1.3 Семейство входных статических характеристик транзистора

Табл.1.1