Практическая работа усилительный каскад с общим эмиттером. Усилительный каскад с общим эмиттером на биполярном транзисторе: схема, принцип работы, расчет — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как работает усилительный каскад с общим эмиттером. Какие элементы входят в его схему. Как рассчитать параметры усилительного каскада на биполярном транзисторе. Какие преимущества и недостатки имеет схема с общим эмиттером.

Содержание

Принцип работы усилительного каскада с общим эмиттером

Усилительный каскад с общим эмиттером (ОЭ) является одной из самых распространенных схем на биполярных транзисторах. Его основные особенности:

Входной сигнал подается на базу транзистора
Выходной сигнал снимается с коллектора
Эмиттер является общим электродом для входа и выхода
Обеспечивает усиление как по напряжению, так и по току
Имеет инверсию фазы входного сигнала на 180°

Каскад ОЭ позволяет получить значительное усиление сигнала при относительно простой схеме. Это делает его очень популярным решением в различных электронных устройствах.

Схема усилительного каскада с общим эмиттером

Рассмотрим типовую схему усилительного каскада с общим эмиттером:

Основные элементы схемы:

VT1 — биполярный транзистор
R1, R2 — резисторы делителя напряжения для задания рабочей точки
RК — коллекторная нагрузка
RЭ — эмиттерный резистор
CЭ — эмиттерный конденсатор
C1, C2 — разделительные конденсаторы

Резисторы R1 и R2 задают необходимое смещение на базе транзистора. RК является нагрузкой, на которой формируется выходной сигнал. RЭ и CЭ обеспечивают температурную стабилизацию. C1 и C2 разделяют постоянную и переменную составляющие сигнала.

Расчет параметров усилительного каскада ОЭ

Основные этапы расчета усилительного каскада с общим эмиттером:

Выбор рабочей точки транзистора (ток коллектора I_К и напряжение коллектор-эмиттер U_КЭ)
Расчет резисторов делителя R1 и R2 для обеспечения требуемого смещения на базе
Расчет сопротивления коллекторной нагрузки R_К
Определение коэффициента усиления каскада

Расчет разделительных и блокировочных конденсаторов

При расчете необходимо учитывать параметры конкретного транзистора, в частности его коэффициент усиления по току h_21Э.

Коэффициент усиления каскада ОЭ

Коэффициент усиления по напряжению усилительного каскада с общим эмиттером определяется формулой:

K_U = -h_21Э * R_К / r_э

Где:

h_21Э — коэффициент усиления транзистора по току
R_К — сопротивление коллекторной нагрузки
r_э — дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода

Знак минус указывает на инверсию фазы выходного сигнала относительно входного.

Преимущества и недостатки схемы с общим эмиттером

Основные достоинства усилительного каскада с общим эмиттером:

Высокий коэффициент усиления по напряжению и току
Относительная простота схемы
Широкий диапазон рабочих частот
Невысокие требования к источнику входного сигнала

Недостатки схемы ОЭ:

Инверсия фазы выходного сигнала
Зависимость параметров от температуры
Относительно низкое входное сопротивление
Наличие нелинейных искажений

Несмотря на недостатки, простота и эффективность делают схему с общим эмиттером очень популярной в различных электронных устройствах.

Области применения усилителей с общим эмиттером

Усилительные каскады на биполярных транзисторах с общим эмиттером широко используются в следующих областях:

Предварительные усилители звуковой частоты
Усилители промежуточной частоты в радиоприемниках
Усилители видеосигнала в телевизорах
Усилители в измерительных приборах
Усилители в системах автоматики и телемеханики

Универсальность и хорошие характеристики позволяют применять схему ОЭ практически во всех областях радиоэлектроники, где требуется усиление сигналов.

Особенности работы усилителя ОЭ на высоких частотах

На высоких частотах в работе усилительного каскада с общим эмиттером проявляются следующие особенности:

Снижение коэффициента усиления из-за шунтирующего действия емкостей переходов транзистора
Сдвиг фазы между входным и выходным сигналом
Возможность самовозбуждения из-за паразитных обратных связей

Для улучшения характеристик на высоких частотах применяются специальные методы коррекции, например, введение индуктивности в коллекторную цепь или использование частотно-зависимой отрицательной обратной связи.

Температурная стабилизация режима работы

Стабилизация режима работы усилительного каскада с общим эмиттером необходима для компенсации температурной зависимости параметров транзистора. Основные методы стабилизации:

Использование эмиттерной термостабилизации (введение резистора R_Э)
Применение отрицательной обратной связи по постоянному току
Использование термозависимых элементов в цепи смещения (термисторов)
Стабилизация тока эмиттера с помощью источника стабильного тока

Правильно выполненная температурная стабилизация позволяет значительно улучшить характеристики усилителя в широком диапазоне температур.

Исследование усилительного каскада с общим эмиттером на биполярном транзисторе – Telegraph

➡➡➡ ДЛЯ ПЕРЕХОДА НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ!

Лабораторная работа № 2 Исследование усилительных каскадов на биполярных транзисторах. 1.1 Для схемы усилительного каскада ОЭ (рисунок 1) и указанных параметров элементов предварительно рассчитать значение резистора R1 при условии Uк = 0,5Е.
Лабораторная работа №4 Исследование резистивного усилительного каскада с общим эмиттером на биполярном транзисторе. Рисунок 2 — Эквивалентная схема каскада с общим эмиттером. К входу усилителя (зажимы 11-1) подключен источник сигнала с действующим…
Изучение принципа работы и исследование характеристик усилительных каскадов напряжения на биполярных транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером (стоком) и общим Входное сопротивление усилительного каскада на биполярном транзисторе с.
lms2.tpu.ru/pluginfile.php/42377/mod_resource/content/0/Contents/3.pdf
Лабораторная работа № 3 «ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ. На биполярных транзисторах». 1. Цель работы — практическое ознакомление с особенностью усилительных каскадов с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ), общим…
Лабораторная работа №3 по электротехнике. «Исследование усилительного каскада. с общим эмиттером на биполярном • В данной работе используется транзистор модели 2N2222A, максимально допустимая мощность, рассеиваемая на транзисторе, Pcmax=100 мВт.
Каскад с общим эмиттером. Описание каскада. Статические характеристики и процессы в 1.1. Описание каскада. Часто в усилительных устройствах используется усилитель, в Рис. 5: Амплитудные характеристики каскада с общим эмиттером на частоте 1 кГц при включенном и…
На Студопедии вы можете прочитать про: Лабораторная работа №6 «Усилительный каскад с общим эмиттером». Задание:Исследовать в среде Electronics Workbench схему усилительного каскада на биполярных транзисторах по схеме с общим эмиттером (ОЭ)…
Картинки по запросу «Лабораторная работа: Исследование усилительного каскада с общим эмиттером на биполярном транзисторе»
zadereyko. info/metodicheskie_materialu/shemotehnika_laboratornaya2.htm
Изучение работы усилительного каскада на биполярном транзисторе с общим эмиттером ОЭ и В работе исследуются усилительный каскад на биполярном транзисторе с ОЭ. 1. Изучить рекомендуемую литературу [1] и описание данной лабораторной работы.
e-lib.kemtipp.ru/uploads/25/eteo140.docx
Лабораторная работа. Простейшие транзисторные усилители. Цель работы. Изучение принципа работы и исследование характеристик усилительных каскадов напряжения на биполярных и полевых транзисторах, включенных по схеме с общим…
Лабораторная работа № 8. «Исследование биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером». Цель работы: научиться снимать опытным путём входные и выходные характеристики транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, и определять его…
Цель работы: 1. Закрепление материала о принципах работы усилительных каскадов на биполярных транзисторах. Отчёт по дисциплине «Электротехника». Лабораторная работа №3. «Исследование усилительного каскада с общим эмиттером на биполярном. ..
ЛабораторнОЕ ЗАНЯТИЕ № 11Исследование усилительных каскадов на биполярных транзисторахЦель занятия:практическое Цель занятия:практическое ознакомление с особенностью усилительного каскада с общим эмиттером (ОЭ). Перечень приборов.
ikit.edu.sfu-kras.ru/files/1/L_22.pdf
2. Усилительный каскад на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. 3. Выводы. Рассмотрим усилитель, в котором транзистор включен по схеме с об-щим эмиттером, а для стабилизации рабочей точки используется отрицатель-ная обратная…
library.miit.ru/methodics/17_12_2014/pdf/03-41809.pdf
усилительного каскада с общим эмиттером. 2. 7. Исследование работы усилительного каскада как. Для реализации усилительных каскадов на биполярных транзисторах используют три схемы включения транзистора, в которых один из электродов является общим…
Лабораторная работа №1. Исследование усилительного каскада на биполярном транзисторе. ⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 15Следующая ⇒. Цель работы: Измерение параметров простейшего усилительного каскада на биполярном транзисторе при включении с общим. ..
Расчёт транзисторного усилительного каскада по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Онлайн калькулятор номиналов элементов различных модификаций схем ОЭ, выполненных на биполярных транзисторах. Вооружившись знаниями, полученными на предыдущей странице…
При включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу относительно эмиттера, а выходной сигнал снимается с коллектора относительно эмиттера.
Усилительные параметры транзистора. Усилительные свойства транзисторов для малого Каскад с общим эмиттером обеспечивает усиление, как по напряжению, так и по току. Для обеспечения заданного режима работы биполярного транзистора требуется установить…
Схема с общим эмиттером (каскад с общим эмиттером). Схема с ОЭ обладает наибольшим коэффициентом усиления по мощности, поэтому BFQ67 NPN 8 GHz wideband transistor. Усилительный каскад на биполярном транзисторе Санкт-Петербургский государственный…
2. Исследование компаратора с гистерезисом. Лабораторная работа 1. 1. Изучить свойства биполярного транзистора при использовании его в качестве усилительного элемента (УЭ) в схеме резистивного каскада в трёх способах включения: с общим эмиттером (ОЭ), общей…
Лабораторная работа №3. Тема: Исследование усилительного каскада на биполярном транзисторе. Цель: изучить работу транзисторных усилителей, методику расчетов, получить навыки Схема усилительного каскада с общим эмиттером (ОЭ) приведена на рис 3.1.
1 Лабораторная работа 3 «ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ». 22 Выходная характеристика схемы с общим эмиттером зависимость тока коллектора I от напряжения между эмиттером и коллектором при неизменной величине тока…
Транзистор VT1 включен по схеме с общим эмиттером. Необходимый режим работы и стабилизации тока обеспечивается резисторами R2, R3 7.1 Изобразить принципиальную схему резисторного каскада на биполярном транзисторе и пояснить назначение элементов схемы.
Биполярный транзистор. Принцип работы биполярного транзистора. Включение транзистора по схеме с общим эмиттером. Расчёт усилительного каскада на биполярном транзисторе явля-ется характерным примером, охватывающем большое количество раз-делов…
лабораторная работа №4. Исследование усилительного каскада ОЭ. Методические указания. Для исследуемой схемы, зная номиналы элементов каскада и режим работы транзистора, можно на каждой частоте из ОНЧ рассчитать спад усиления из-за СР1 и СР2.
lib.kstu.kz:8300/tb/books/2015/TSS/Mehtiev i dr 6/plain/control/labwork/4.htm
Лабораторная работа № 4. Исследование резисторного каскада предварительного усиления на биполярном 1. Цель работы. Исследовать влияние параметров элементов схемы каскада с эмиттерной На схеме рисунка 4.1 транзистор VT1 включен по схеме с общим эмиттером.
Кафедра САПР. Лабораторная работа №1. «Исследование усилительных каскадов на биполярных транзисторах». Расчет некорректированного каскада с общим эмиттером. Расчет каскада с высокочастотной индуктивной коррекцией.
Активный режим работы биполярного транзистора. Усилительный каскад с общим эмиттером. Поскольку коэффициент усиления по току для усилительного каскада с общим эмиттером фиксирован и равен β, а входное и выходное напряжения будут равных входному и…
Цель работы. Изучить свойства усилительного каскада при включении транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором Исследование амплитудной и нагрузочной характеристик усилительного каскада с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК).
Лабораторная работа № 2 Исследование усилительных каскадов на биполярных транзисторах. 1.1 Для схемы усилительного каскада ОЭ (рисунок 1) и указанных параметров элементов предварительно рассчитать значение резистора R1 при условии Uк = 0,5Е.
Лабораторная работа №4 Исследование резистивного усилительного каскада с общим эмиттером на биполярном транзисторе. Рисунок 2 — Эквивалентная схема каскада с общим эмиттером. К входу усилителя (зажимы 11-1) подключен источник сигнала с действующим. ..
Изучение принципа работы и исследование характеристик усилительных каскадов напряжения на биполярных транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером (стоком) и общим Входное сопротивление усилительного каскада на биполярном транзисторе с.
lms2.tpu.ru/pluginfile.php/42377/mod_resource/content/0/Contents/3.pdf
Лабораторная работа № 3 «ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ. На биполярных транзисторах». 1. Цель работы — практическое ознакомление с особенностью усилительных каскадов с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ), общим…
Лабораторная работа №3 по электротехнике. «Исследование усилительного каскада. с общим эмиттером на биполярном • В данной работе используется транзистор модели 2N2222A, максимально допустимая мощность, рассеиваемая на транзисторе, Pcmax=100 мВт.
Каскад с общим эмиттером. Описание каскада. Статические характеристики и процессы в 1.1. Описание каскада. Часто в усилительных устройствах используется усилитель, в Рис. 5: Амплитудные характеристики каскада с общим эмиттером на частоте 1 кГц при включенном и. ..
На Студопедии вы можете прочитать про: Лабораторная работа №6 «Усилительный каскад с общим эмиттером». Задание:Исследовать в среде Electronics Workbench схему усилительного каскада на биполярных транзисторах по схеме с общим эмиттером (ОЭ)…
Картинки по запросу «Лабораторная работа: Исследование усилительного каскада с общим эмиттером на биполярном транзисторе»
zadereyko.info/metodicheskie_materialu/shemotehnika_laboratornaya2.htm
Изучение работы усилительного каскада на биполярном транзисторе с общим эмиттером ОЭ и В работе исследуются усилительный каскад на биполярном транзисторе с ОЭ. 1. Изучить рекомендуемую литературу [1] и описание данной лабораторной работы.
e-lib.kemtipp.ru/uploads/25/eteo140.docx
Лабораторная работа. Простейшие транзисторные усилители. Цель работы. Изучение принципа работы и исследование характеристик усилительных каскадов напряжения на биполярных и полевых транзисторах, включенных по схеме с общим…
Лабораторная работа № 8. «Исследование биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером». Цель работы: научиться снимать опытным путём входные и выходные характеристики транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, и определять его…
Цель работы: 1. Закрепление материала о принципах работы усилительных каскадов на биполярных транзисторах. Отчёт по дисциплине «Электротехника». Лабораторная работа №3. «Исследование усилительного каскада с общим эмиттером на биполярном…
ЛабораторнОЕ ЗАНЯТИЕ № 11Исследование усилительных каскадов на биполярных транзисторахЦель занятия:практическое Цель занятия:практическое ознакомление с особенностью усилительного каскада с общим эмиттером (ОЭ). Перечень приборов.
ikit.edu.sfu-kras.ru/files/1/L_22.pdf
2. Усилительный каскад на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. 3. Выводы. Рассмотрим усилитель, в котором транзистор включен по схеме с об-щим эмиттером, а для стабилизации рабочей точки используется отрицатель-ная обратная…
library.miit.ru/methodics/17_12_2014/pdf/03-41809.pdf
усилительного каскада с общим эмиттером. 2. 7. Исследование работы усилительного каскада как. Для реализации усилительных каскадов на биполярных транзисторах используют три схемы включения транзистора, в которых один из электродов является общим…
Лабораторная работа №1. Исследование усилительного каскада на биполярном транзисторе. ⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 15Следующая ⇒. Цель работы: Измерение параметров простейшего усилительного каскада на биполярном транзисторе при включении с общим…
Расчёт транзисторного усилительного каскада по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Онлайн калькулятор номиналов элементов различных модификаций схем ОЭ, выполненных на биполярных транзисторах. Вооружившись знаниями, полученными на предыдущей странице…
При включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу относительно эмиттера, а выходной сигнал снимается с коллектора относительно эмиттера.
Усилительные параметры транзистора. Усилительные свойства транзисторов для малого Каскад с общим эмиттером обеспечивает усиление, как по напряжению, так и по току. Для обеспечения заданного режима работы биполярного транзистора требуется установить…
Схема с общим эмиттером (каскад с общим эмиттером). Схема с ОЭ обладает наибольшим коэффициентом усиления по мощности, поэтому BFQ67 NPN 8 GHz wideband transistor. Усилительный каскад на биполярном транзисторе Санкт-Петербургский государственный…
2. Исследование компаратора с гистерезисом. Лабораторная работа 1. 1. Изучить свойства биполярного транзистора при использовании его в качестве усилительного элемента (УЭ) в схеме резистивного каскада в трёх способах включения: с общим эмиттером (ОЭ), общей…
Лабораторная работа №3. Тема: Исследование усилительного каскада на биполярном транзисторе. Цель: изучить работу транзисторных усилителей, методику расчетов, получить навыки Схема усилительного каскада с общим эмиттером (ОЭ) приведена на рис 3.1.
1 Лабораторная работа 3 «ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ». 22 Выходная характеристика схемы с общим эмиттером зависимость тока коллектора I от напряжения между эмиттером и коллектором при неизменной величине тока. ..
Транзистор VT1 включен по схеме с общим эмиттером. Необходимый режим работы и стабилизации тока обеспечивается резисторами R2, R3 7.1 Изобразить принципиальную схему резисторного каскада на биполярном транзисторе и пояснить назначение элементов схемы.
Биполярный транзистор. Принцип работы биполярного транзистора. Включение транзистора по схеме с общим эмиттером. Расчёт усилительного каскада на биполярном транзисторе явля-ется характерным примером, охватывающем большое количество раз-делов…
лабораторная работа №4. Исследование усилительного каскада ОЭ. Методические указания. Для исследуемой схемы, зная номиналы элементов каскада и режим работы транзистора, можно на каждой частоте из ОНЧ рассчитать спад усиления из-за СР1 и СР2.
lib.kstu.kz:8300/tb/books/2015/TSS/Mehtiev i dr 6/plain/control/labwork/4.htm
Лабораторная работа № 4. Исследование резисторного каскада предварительного усиления на биполярном 1. Цель работы. Исследовать влияние параметров элементов схемы каскада с эмиттерной На схеме рисунка 4. 1 транзистор VT1 включен по схеме с общим эмиттером.
Кафедра САПР. Лабораторная работа №1. «Исследование усилительных каскадов на биполярных транзисторах». Расчет некорректированного каскада с общим эмиттером. Расчет каскада с высокочастотной индуктивной коррекцией.
Активный режим работы биполярного транзистора. Усилительный каскад с общим эмиттером. Поскольку коэффициент усиления по току для усилительного каскада с общим эмиттером фиксирован и равен β, а входное и выходное напряжения будут равных входному и…
Цель работы. Изучить свойства усилительного каскада при включении транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором Исследование амплитудной и нагрузочной характеристик усилительного каскада с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК).

Курсовая работа: Сущность и функции финансов Финансовая система Российской Федерации

Реферат: Расчет и проектирование эксплуатационной базы

Реферат: Поняття про умовивід його види

Реферат: Португало-турецкая война 1538 1557

Реферат: Установки и стереотипы поведения потребителей

Кафедра технологии бетона и строительных материалов — Технологии определяют всё

Является одним из старейших подразделений современного Брестского технического университета.

История кафедры начинается с 1967 года, когда ещё в Брестском инженерно-строительном институте (сегодня Брестский государственный технический университет) была основана кафедра «Строительные материалы».

Кафедру возглавляли:
Жоров Владимир Леонтьевич, к.т.н., доцент (с 1967 по 1977 год)
Зайцев Анатолий Алексеевич, к.т.н., доцент (с 1977 по 1987 год)
Волкова Флора Николаевна, к.т.н., доцент (с 1987-1988 год).

В 1988 году кафедра «Строительные материалы» была объединена с кафедрой «Технология строительного производства». Объединённая кафедра стала называться «Технология строительного производства и строительные материалы», которую возглавляли:

Бобко Фадей Александрович к.т.н., доцент (с 1988 по 1989 год)
Голубицкая Галина Андреевна, к.т.н., доцент (с 1989 по1991 год)
Плосконосов Владимир Николаевич, к.т.н., доцент ( с 1991 по 1992 год).

В 1991 году в институте открывается подготовка инженеров-технологов-строителей по специальности «Производство строительных изделий и конструкций». Организация учебного процесса по данной специальности возложена на кафедру «Технологии строительного производства и строительных материалов». Разнообразие направлений работы кафедры не позволяет эффективно управлять её деятельностью и требует совершенствования структуры управления учебным процессом. В связи с чем приказом ректора по Брестскому политехническому институту №67 от 12 июня 1992 года в отдельное подразделение выделяется уже кафедра «Технологии бетона и строительных материалов» которую с 1992 по1993 год возглавляет Довнар Надежда Ивановна, к.т.н., доцент.

С 1993 года кафедрой руководит Тур Виктор Владимирович, профессор, доктор технических наук.

Кафедра технологии бетона и строительных материалов является выпускающей кафедрой по специальности 70 01 01 «Производство строительных изделий и конструкций» и готовит специалистов, имеющих квалификацию инженер-строитель-технолог, что позволяет им работать практически в любом направлении строительного, и не только, производства.

Так же на кафедре изучают специальные дисциплины строительного профиля студенты следующих специальностей очного и заочного обучения: «Промышленное и гражданское строительство» (1-70 02 01), «Автомобильные дороги» (1-70 03 01), «Экспертиза и управление недвижимостью» (1-70 02 02), «Архитектура» (1-69 01 01), «Сельское строительство и обустройство территорий» (1-74 04 0), «Автоматизация технологических процессов и производств» (1-53 01 01), «Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов» (1-70 04 03), «Мелиорация и водное хозяйство» (1-74 05 01), «Коммерческая деятельность» (1-25 01 10).

На кафедре проводится подготовка аспирантов по специальности «Строительные конструкции, здания и сооружения», «Строительные материалы и изделия».

Практичная конструкция усилителя с общим эмиттером — TECH Inside

Атакан САРИОГЛУ в проектах ЭЭ 17.09.2018

Вселенная началась с большого взрыва, точно так же, как история электроники началась с транзисторов. Я посвящаю эту страницу наиболее распространенному применению биполярных транзисторов (BJT), в частности NPN-транзисторов. В этом посте вы найдете практическую конструкцию и анализ усилителя класса А с общим эмиттером. Мое любимое программное обеспечение SPICE — LTspice, и я буду использовать его для моделирования и проверки проекта. Готов идти ?

1 Common Emitter AC Amplifier Design
- 1.1 Specifications
- 1.2 Transistor Selection
- 1.3 DC Bias
- 1.4 AC Analysis
- 1.5 Amplifier Gain
- 1.6 AC Coupling Capacitors
2 Simulation and Verification
- 2.1 Файлы проекта
3 Резюме

В первую очередь. Давайте посмотрим принципиальную схему нашего усилителя.

Несмотря на то, что существуют более подробные практические схемы, приведенная выше схема лучше всего подходит для учебных целей. Он работает с однополярным питанием и имеет каскад смещения по постоянному току, а также элементы связи по переменному току.

Технические характеристики

Начнем с определения требуемых входных/выходных требований и условий нагрузки усилителя.

Выбор транзистора

Для простого туториала я решил выбрать транзистор с хорошей таблицей данных и хорошей предустановленной моделью в LTspice. Варианты были ограничены, поэтому я выбрал 2SC4102, маломощный транзистор от ROHM. Показанные ниже характеристики напряжения база-эмиттер и выходные характеристики достаточны для начала.

Смещение постоянного тока

Конструкция класса A требует, чтобы транзистор находился в своей активной области, даже если входной сигнал не подается. Нам нужно заменить все конденсаторы с обрывом цепи (из-за того, что конденсаторы не допускают элементов постоянного тока) и исключить ненужные детали, чтобы получилось следующее.

Каждая цепь нуждается в питании, поэтому я не вижу причин, останавливающих нас от выбора В _CC =20 В для этой. Во-вторых, мы можем выбрать напряжение коллектор-эмиттер и ток коллектора покоя, глядя на Рис. 2 . Мы можем произвольно выбирать любую точку на рис. 2 в зависимости от приложения, как показано ниже.

Исходя из приведенных выше предположений, мы можем получить линию нагрузки (она же Q-точка) усилителя.

Глядя на кривые, мы можем аппроксимировать параметр усиления транзистора β для желаемой рабочей точки I _CQ = 5 мА и В _CEQ = 10 В . Затем мы можем выбрать напряжения коллектора и эмиттера в состоянии покоя.

Другое значение, которое нам нужно, скрыто на рис. 1, то есть В _BEQ напряжение база-эмиттер в точке Q.

Это конец предположений. Теперь мы можем рассчитать резисторы смещения R ₁ и R ₂ . Как правило, мы можем выбрать ток R ₁ как 10-кратный базовый ток и R ₂ ток как 9-кратный. (Примечание: для высокоскоростных приложений нам нужно подумать еще раз)

Здесь я приблизил значения резисторов к ближайшим 10% стандартного сопротивления E12, поскольку это округление не меняет кардинально условия работы. Найдем резисторы коллектора и эмиттера.

Анализ переменного тока

В отличие от предыдущей части, теперь мы должны заменить все источники постоянного напряжения и конденсаторы короткозамкнутыми (поскольку мы выберем значения конденсаторов так, чтобы они передавали расчетную входную частоту переменного тока с небольшим затуханием) на получить модель усилителя переменного тока. Результат следующий.

Теперь давайте рассчитаем размах выходного и базового тока, используя эквивалентное выходное сопротивление R _из .

Работа от переменного тока показана на следующем графике. При изменении тока базы соответственно изменяются ток коллектора и напряжение коллектор-эмиттер. Видно, что в то время как ток базы и ток коллектора увеличиваются, напряжение коллектор-эмиттер уменьшается, вызывая разность фаз между входом и выходом, составляющую 180*.

Обратите внимание, что транзистор имеет собственное эмиттерное сопротивление, обозначенное как r _E в эквивалентной схеме переменного тока, и его приблизительное значение зависит от теплового напряжения В _T (~26 мВ при 25°C) и ток эмиттера покоя I _EQ . Сопротивление, которое видно из базы, составляет β раз, а входное сопротивление зависит от его значения.

Наконец, поскольку нам нужно пропустить ток I _B(PP) на собственном резисторе r _{B ,} , напряжение на r _B

R должно контролироваться источником с резистором 90 _S и Его значение рассчитывается ниже.

Коэффициент усиления усилителя

Теоретический коэффициент усиления зависит только от выходного сопротивления и собственного сопротивления эмиттера разработанного усилителя, в то время как на общий коэффициент усиления также влияет сопротивление источника.

Конденсаторы связи по переменному току

Конденсаторы связи должны успешно обходить смещение по постоянному току. Вот почему их следует выбирать так, чтобы их емкостное реактивное сопротивление X _C было менее 1%, чем у эквивалентных сопротивлений, которые они обходят.

Со значениями, полученными во время проектирования, строится моделирование LTspice. Обратите внимание, что T _A настроен на 25*C.

Производительность усилителя показана ниже.

Амплитуда выходного сигнала составляет ±4,9 В, что очень близко к желаемому выходному сигналу ±5 В, а усиление -49 очень близко к расчетному усилению -48. Причинами различия являются допущения, приближения и вариации модели. Нетрудно догадаться, что реальная схема будет иметь большую погрешность.

Файлы проекта

Файлы моделирования LTspice можно скачать здесь.

Целью этого поста было помочь вам спроектировать базовый усилитель переменного тока. Конечно, на пути к успешному продукту нужно учитывать и другие факторы. Рабочая температура будет большой проблемой для разработчика, в то время как шум и частота сигнала являются другими проблемами. Позаботьтесь, пока не появится более подробное руководство?

Тэги: усилитель, В архиве, bjt, с общим эмиттером, npn, транзистор, конструкция транзисторного усилителя

Усилитель NPN с общим эмиттером класса A [Analog Devices Wiki]

Основные принципы работы транзистора NPN были представлены в лаборатории «Введение в транзисторы». В этой лабораторной работе мы собираем и оцениваем усилитель класса A , используя NPN-транзистор и несколько пассивных элементов. Первоначальные конфигурации усилителей были разделены на классы в зависимости от угла усиливаемой синусоиды, при котором работал транзистор. Этот угол называется углом проводимости

. В усилителях класса А транзистор работает в течение всего цикла синусоидальной волны, поэтому его угол проводимости составляет 360 градусов. Этот тип работы дает относительно низкие искажения, в основном ограниченные искажениями самого транзистора, но также имеет низкую эффективность, поскольку транзистор рассеивает значительную мощность постоянного тока даже при отсутствии входного сигнала. Мы углубимся в эффективность усилителей класса А в разделе «Теория». Тремя широко используемыми конфигурациями биполярных транзисторов класса А являются усилители с общим эмиттером (CE), эмиттерным повторителем (EF) (иногда называемые общим коллектором, CC) и с общей базой (CB).

Другие классы включают усилители с углами проводимости менее 360 градусов, усилители, в которых используются импульсные цифровые сигналы, за которыми следуют фильтры нижних частот, и усилители с напряжениями питания, которые отслеживают усиливаемый сигнал, чтобы максимизировать эффективность. В этой лаборатории мы исследуем конфигурацию CE, которая способна усиливать напряжение и ток и, вероятно, является наиболее широко используемой конфигурацией усилителя класса A. Ссылка на схему в разделе «Процедура» лабораторной работы будет полезна при чтении оставшейся части этого раздела.

Усилитель CE обычно используется в качестве усилителя напряжения, и фаза его выходного напряжения инвертируется по отношению к фазе его входного напряжения. Входное напряжение подается на базу, а выходное напряжение снимается с коллектора; чаще всего эти напряжения измеряются относительно земли или нулевого напряжения. По мере увеличения тока базы ток коллектора увеличивается как коэффициент β, умноженный на ток базы. Коллекторный ток протекает через коллекторный резистор R _C подключен между коллектором и источником питания постоянного тока, создавая падение напряжения на R _C . Это действие приводит к падению напряжения коллектора по мере увеличения напряжения, подаваемого на базу, в результате чего получается выходное напряжение, которое на 180 градусов не совпадает по фазе с входным напряжением.

Для всех усилителей класса A требуется смещение постоянного тока для установки точки покоя или Q-точки , в которой работает усилитель. Точка покоя определяется как постоянный ток коллектора транзистора I _C и напряжение коллектор-эмиттер В _CE при отсутствии входного сигнала. При подаче входного сигнала ток коллектора и напряжение между коллектором и эмиттером увеличиваются и уменьшаются в противофазе друг с другом. Важно обеспечить достаточный диапазон для тока коллектора и напряжения база-эмиттер, и это является основным соображением при настройке точки добротности. Усиливаемые сигналы работают на смещении постоянного тока и часто упоминаются как инкрементальные или сигнальные напряжения и токи. Величины постоянного тока представлены переменными с заглавными буквами с нижними индексами в верхнем регистре, инкрементные количества представлены строчными буквами с нижними индексами, и они вместе представлены строчными буквами с нижними индексами в верхнем регистре. Эта номенклатура используется при моделировании транзисторов с малым сигналом , в котором поведение схемы с малыми инкрементными сигналами анализируется вокруг определенной точки Q.

Входы и выходы усилителей класса А могут иметь связь по постоянному или переменному току. При связи по постоянному току напряжение постоянного тока источника, который питает вход усилителя, должно соответствовать напряжению смещения постоянного тока, требуемому входом усилителя, и, аналогичным образом, напряжение постоянного тока на выходе должно соответствовать требованию напряжения постоянного тока на входе любого источника. усилитель питается. Часто несколько каскадов усилителя класса А соединены по постоянному току в каскаде, а уровни постоянного тока между каскадами спроектированы так, чтобы быть совместимыми друг с другом. Связь по переменному току проще в том, что каждый каскад может иметь свою собственную конфигурацию смещения, независимую от других каскадов, но системы со связью по переменному току не пропускают постоянный ток, что часто требуется. В этой лабораторной работе мы создаем простой усилительный каскад CE со связью по переменному току и используем его для усиления напряжения и управления нагрузкой 1 кОм со связью по переменному току.

Коэффициент усиления усилителя CE можно точно рассчитать с помощью анализа схемы, но его также можно оценить, просто проверив схему. В простейших СЕ-усилителях между эмиттером и напряжением ниже подключенного к R _C подключается один эмиттерный резистор R _E, часто системная земля. Этот резистор является частью цепи смещения транзистора, а также играет роль в определении коэффициента усиления усилителя. Как мы узнали на лабораторной работе «Введение в транзисторы», мы можем оценить токи эмиттера и коллектора примерно равными друг другу. Если R _E подключен между эмиттером и заземлением системы, напряжение сигнала на R _E будет точной копией напряжения, приложенного к базе, только смещенным примерно на 0,7 В постоянного тока — стандартное падение напряжения между базой и эмиттером, которое мы узнали. о в лаборатории «Введение в транзисторы». Это сигнальное напряжение создает в R _E ток, приблизительно равный v _i /R _E , где v _i — входное напряжение усилителя. Это ток сигнала эмиттера i _e , что приблизительно равно сигнальному току коллектора i _c , протекающему через R _C . Отсюда видно, что напряжение сигнала коллектора v _c , которое также является выходным напряжением v _o, равно -i _c R _C . Комбинируя эти результаты, мы получаем -v _o = v _i [R _C /R _E ], а усиление v _o /v _i = -R _C /R _{1 . Знак минус указывает на инверсию фазы на 180 градусов, которая существует между напряжениями входного и выходного сигнала. В лаборатории мы увидим, как установить точку смещения в соответствии с требованиями нагрузки и как нагрузка влияет на общий коэффициент усиления усилителя. Мы увидим, что большое выходное сопротивление CE-усилителя вызывает нежелательное падение напряжения, когда усилитель работает на нагрузке, и почему к CE-усилителям, работающим от умеренных до тяжелых нагрузок, часто добавляют еще один каскад с низким выходным сопротивлением.}

Спроектировать, построить и испытать усилитель CE с использованием NPN-транзистора 2N3904 с коэффициентом усиления по напряжению на нагрузке -5 и входным сопротивлением не менее 1 кОм, который способен управлять нагрузкой 1 кОм со связью по переменному току при напряжении 2 В. _P-P синусоида. Убедиться, что точка добротности усилителя и коэффициент усиления близки к расчетным значениям. Наблюдать влияние нагрузки на выход усилителя CE. Понимать и уметь рассчитывать коэффициент усиления по напряжению, коэффициент усиления по мощности и КПД усилителя CE. После завершения этой лабораторной работы вы должны быть в состоянии дать определение усилителя класса A и объяснить основные принципы работы усилителя CE, объяснить, что такое точка Q, объяснить, как выходная нагрузка влияет на общий коэффициент усиления по напряжению усилителя CE, и рассчитать усиление напряжения усилителя, усиление мощности и эффективность усилителя CE.

Раздаточный лист технических данных транзистора 2N3904 NPN
Компьютер с установленным ПО PixelPulse
Analog Devices ADALM1000 (M1K)
Макетная плата без пайки и перемычки из комплекта аналоговых деталей ADALP2000
(1) Транзистор 2N3904 NPN из набора аналоговых деталей ADALP2000
(1) Резистор 10 Ом из набора аналоговых деталей ADALP2000
(1) резистор 47 Ом из набора аналоговых деталей ADALP2000
(2) резистора 100 Ом из комплекта аналоговых деталей ADALP2000
(1) резистор 470 Ом из набора аналоговых деталей ADALP2000
(1) Резистор 1 кОм из набора аналоговых деталей ADALP2000
(1) Резистор 1,5 кОм из набора аналоговых деталей ADALP2000
(1) Резистор 6,8 кОм из комплекта аналоговых деталей ADALP2000
(2) Конденсатор 47 мкФ из комплекта аналоговых деталей ADALP2000
(1) Конденсатор 220 мкФ из набора аналоговых деталей ADALP2000

Соберите следующую схему на макетной плате без пайки
На рисунке ниже показан один из способов установки компонентов в макетную плату без пайки
Запустите PixelPulse и подключите M1K с помощью прилагаемого кабеля USB
Обновить прошивку M1K, если необходимо
Отключить режим «Повторяющаяся развертка»; осциллограммы могут быть приостановлены для анализа
Настройте M1K для измерения напряжения/тока на канале A и измерения напряжения на канале B
Настройка канала Форма исходного сигнала для «синусоидального» выхода с частотой 100 Гц, который колеблется между 2,3 В и 2,7 В
Проверьте выходное напряжение на нагрузочном резисторе 1 кОм на канале B и убедитесь, что оно колеблется номинально +/- 1 В относительно базовой линии 2,5 В и что она на 180 градусов не совпадает по фазе с входным сигналом
Удалите нагрузочный резистор 1 кОм и наблюдайте за напряжением на коллекторе на канале B и убедитесь, что оно номинально колеблется +/- 1,47 В относительно напряжения смещения 2,8 В и что оно также на 180 градусов отклоняется от -фаза с входным сигналом. Обратите внимание, что эти напряжения могут несколько отличаться из-за допусков резисторов
Обратите внимание на любые видимые искажения в выходных сигналах
Удалите входной сигнал и измерьте напряжения смещения постоянного тока на базе, эмиттере и коллекторе и убедитесь, что они находятся на расчетных уровнях с учетом допусков резисторов
Рассчитайте усиление по напряжению, усиление по мощности и КПД этого усилителя — подробности см. в теоретическом разделе
Этот усилитель с общим эмиттером соединен с усилителем с эмиттерным повторителем, разработанным в лаборатории «Усилитель с эмиттерным повторителем NPN класса A», поэтому рекомендуется, чтобы эта лаборатория оставалась собранной на макетной плате без пайки до завершения этой лабораторной работы

Все усилители класса А, независимо от того, какое усилительное устройство они используют, работают примерно в точке Q. Усилитель бездействует в точке Q, пока на его вход не поступит сигнал. Когда подается входной сигнал, выходное напряжение и ток усилителя колеблются вверх и вниз в соответствии с входным сигналом. В схеме транзистора CE NPN, использованной в этой лабораторной работе, напряжение на выходе транзистора и ток, протекающий через коллектор, противофазны друг другу, т. е. , v _CE не совпадает по фазе с i _C . Мы знаем, что в нашем простом усилителе CE v _CE может варьироваться между напряжением питания и напряжением насыщения v _CE (sat), которое обычно составляет несколько десятых долей вольта. В обычных приложениях мы не доводим выходное напряжение до этих пределов, а вместо этого допускаем некоторый запас, чтобы предотвратить серьезное искажение выходного сигнала. Кроме того, важно помнить, что переход коллектор-эмиттер в BJT всегда должен оставаться смещенным в обратном направлении, чтобы работать в прямой активной области.

Точка Q — это точка (v _CE , i _C ) без входного сигнала. Чтобы получить максимальный размах выходного напряжения, имеет смысл установить Q-point v _CE посередине между верхним и нижним пределами, что обычно находится где-то около среднего уровня мощности. Минимальная настройка точки Q для i _C зависит от требований к току нагрузки. Когда напряжение на нагрузке увеличивается, ток в нагрузке увеличивается, а ток в коллекторе уменьшается. Когда напряжение на нагрузке достигает своего максимального уровня, приблизительно равного напряжению питания, ток коллектора становится равным нулю, и весь ток от источника поступает в нагрузку. Следовательно, минимальный ток коллектора Q-точки должен быть равен величине тока коллектора, который отнимается от тока коллектора, когда напряжение на нагрузке колеблется от своего базового уровня до максимального уровня. Наше сопротивление нагрузки связано по переменному току, и мы качаемся +/- 1 В (2 В _P-P ) около 2,5 В на нагрузке 1 кОм, что требует +/- 1 мА . Это означает, что нам требуется минимум 1 мА ток коллектора покоя в транзисторе. В практических схемах мы обычно делаем это больше, чтобы обеспечить запас, и могут быть другие факторы, влияющие на этот выбор. Мы знаем, однако, что не может быть I _C < 1 мА .

В нашем усилителе базовое напряжение смещения было рассчитано примерно на 1 В постоянного тока с использованием делителя напряжения, хотя оно будет немного меньше из-за небольшого, хотя и конечного, базового тока. Во многих случаях мы можем игнорировать ток базы, но в этом усилителе мы увидим, что, поскольку напряжение эмиттера низкое, небольшое изменение напряжения базы, которое приводит к аналогичному изменению напряжения эмиттера, может вызвать значительное процентное изменение тока коллектора. . Кроме того, резисторы имеют допуск 5%, что может внести дополнительную погрешность в ток коллектора. Используя правило делителя напряжения, вычисляем, что без нагрузки напряжение на базе равно 0,2(5 В ) = 1 В . Чтобы оценить ток базы, мы можем оценить ток эмиттера как (1 В — 0,7 В )/57 Ом ≈ 5,3 мА . Используя β = 200 для транзистора, ток базы можно оценить примерно равным 5,3 мА /200 = 26,5 мкА. Этот ток протекает через параллельную комбинацию двух резисторов смещения базы, поэтому падение напряжения из-за тока базы можно оценить как (26,5 мкА)(6,8 кОм||1,7 кОм) ≈ 36 мВ . Базовое напряжение с учетом базового тока теперь можно оценить как 1 90 223 В 90 224 — 36 90 467 мВ 90 224 ≈ 0,96 90 223 В 90 224 . Обратите внимание, что это немного меняет ток коллектора, который немного меняет ток базы, поэтому технически эти расчеты являются итеративными, но обычно достаточно одной итерации. Ток эмиттера теперь можно оценить как (0,96 В — 0,7 В )/57 Ом ≈ 4,6 мА . Из этого примера видно, как небольшое изменение напряжения базы может значительно изменить ток эмиттера и, следовательно, ток коллектора, когда напряжение эмиттера мало. Нам требуются малые напряжения базы и эмиттера, так как мы работаем при относительно низком напряжении питания 5 В и необходимо, чтобы соединение коллектор-база было смещено в обратном направлении при полном размахе напряжения коллектора. Следующим шагом является оценка напряжения смещения коллектора как 5 В — (4,6 мА )(470 Ом) ≈ 2,8 В . Чтобы получить требуемый выходной размах +/-1 В на нагрузочном резисторе, нам потребуется около +/-1,47 В на коллекторе, чтобы компенсировать выходное сопротивление усилителя 470 Ом при нагрузке 1 кОм. нагрузка. Это означает, что напряжение коллектора будет колебаться между 1,33 В и 4.27 В , что поддерживает обратное смещение напряжения коллектор-база и обеспечивает достаточный запас по напряжению питания. Обратите внимание, что, поскольку у нас достаточно большой размах выходного сигнала и мы достаточно близки к пределам динамического диапазона, мы будем нести некоторые, возможно, видимые искажения в форме выходного сигнала.

КПД усилителя определяется как отношение мощности, подаваемой на его нагрузку, к мощности, потребляемой от источника питания. Это процент от общей мощности, потребляемой от источника, которая поступает в нагрузку. Усилители класса А не очень эффективны по сравнению с усилителями других классов, но они просты и могут иметь меньше искажений, чем некоторые из других классов, и поэтому остаются довольно популярными, несмотря на их низкую эффективность. Мы можем рассчитать максимальный теоретический КПД идеального усилителя класса А, управляющего резистивной нагрузкой с емкостной связью (для простоты математики мы будем привязывать напряжение нагрузки к земле, так что напряжение на нагрузке колеблется выше и ниже земли). Для начала мы используем идеальное усилительное устройство с выходным напряжением, которое может колебаться между нулем вольт и напряжением питания, В _С . Если мы установим точку Q В _CE , определяемую как В _CE (Q), при среднем питании, пиковое напряжение, которое мы можем подать на нагрузку, будет равно В _CE ( В). Чтобы получить максимальную эффективность, нам нужно установить ток коллектора покоя, определяемый как I _C (Q), на его минимальное значение. Пиковый ток в нагрузке также равен I _C (Q). При работе с мощностью в системах переменного тока с использованием периодических сигналов мы используем среднеквадратичное значение или среднеквадратичное значение значения напряжения и тока. Значение 90 522 rms 90 224 периодического сигнала вычисляется путем возведения сигнала в квадрат, взятия среднего (среднего) квадрата сигнала за один период, а затем извлечения квадратного корня. Среднеквадратичное значение 90 522 90 224 синусоиды с нулевой базовой линией равно 1/√2 ее пикового уровня. Напряжение и ток совпадают по фазе в резистивной нагрузке, поэтому максимальная мощность в нагрузке равна просто максимуму rms напряжение на нагрузке, умноженное на максимальное среднеквадратичное значение тока в нагрузке. Таким образом, результат для нашего усилителя класса А:

Ток покоя, потребляемый от источника питания, равен I _C (Q). Поскольку мы установили В _CE (Q) в середине напряжения питания, нам потребуется не менее 2 В _CE (Q), чтобы получить полный выходной размах, поэтому минимальное напряжение питания составляет 2 В _CE. (В). Таким образом, минимальная мощность, потребляемая от источника питания, составляет:

Теперь мы можем определить максимальный теоретический КПД η как отношение максимальной мощности в нагрузке к минимальной мощности, потребляемой от источника.

Таким образом, максимальный теоретический КПД усилителя класса А с идеальным усилительным устройством составляет 25 %. По ряду причин большинство практичных усилителей класса А работают с гораздо меньшей эффективностью. Одна важная причина заключается в том, что, как правило, гармонические искажения усилителя класса А уменьшаются по мере увеличения тока покоя. При смещении в определенной точке Q биполярные транзисторы можно моделировать как усилители крутизны. Идеальный линейный усилитель на крутизне создает выходной ток, равный его входному напряжению, умноженному на коэффициент усиления. BJT имеют экспоненциальную характеристику крутизны, которая выглядит примерно как характеристика тока диода по отношению к напряжению, которую мы видели в лаборатории «Введение в диоды и светодиоды». Когда мы перемещаем точку смещения вверх по экспоненциальной кривой, увеличивая ток покоя, экспоненциальная характеристика становится более линейной относительно точки смещения, и усилитель производит меньше гармонических искажений. Следовательно, существует компромисс между током покоя и, следовательно, эффективностью и гармоническими искажениями.

Мы можем рассчитать КПД усилителя, изученного в этой лаборатории, при напряжении 2 В _P-P, приложенном к нагрузочному резистору 1 кОм. Мы использовали ток покоя больше, чем абсолютный минимум 1 мА , поэтому следует ожидать достижения значительно меньшей эффективности, чем теоретический максимум. Мощность в нагрузке:

Мощность покоя, потребляемая от источника, равна:

Таким образом, эффективность равна:

Коэффициент усиления по напряжению A _V усилителя CE можно определить с помощью модели транзистора и теории цепей, но его также можно оценить, просто проверив схему. Важно помнить, что при анализе транзисторов у нас есть анализ смещения постоянного тока и анализ сигнала переменного тока. В анализе переменного тока, используемом для расчета коэффициента усиления по напряжению, мы можем рассматривать большие шунтирующие конденсаторы как короткие замыкания переменного тока и игнорировать условия смещения постоянного тока (до тех пор, пока мы остаемся в пределах прямой активной области работы). Начнем с того, что заметим, что напряжение входного сигнала v _и подается на базу вместе с требуемым постоянным напряжением смещения. Напряжение сигнала на эмиттере примерно равно v _i (на самом деле оно немного меньше v _i из-за конечного β транзистора, но при β ≥ 100 это разумное приближение), сдвинутое вниз одним падением напряжения база-эмиттер примерно на 0,7 В постоянного тока. Напряжение сигнала на эмиттере создает ток сигнала в R _E , а когда R _E подключен к земле, как в этой лаборатории, ток сигнала в R _E примерно равно v _i /R _E . Для β ≥ 100 мы видели ранее, что i _C ≈ i _E, поэтому по существу тот же уровень тока, который протекает через R _E, протекает через R _C. Напряжение выходного сигнала v _o равно i _c R _C , что приблизительно равно i _e R _C . Мы можем объединить эти результаты следующим образом, чтобы получить приблизительное усиление по напряжению, помня, что выходное напряжение на 180 градусов не совпадает по фазе с входным сигналом, поэтому усиление включает знак (-).

Также важно включить добавочное сопротивление эмиттера , r _e , которое является эквивалентным добавочным сопротивлением сигнала в эмиттере, в общее сопротивление эмиттера. Это сопротивление равно тепловому напряжению , В _Тл , деленному на ток покоя коллектора I _Кл . Тепловое напряжение определяется экспоненциальным уравнением, определяющим крутизну биполярного транзистора, и равно kT/q, где k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура в K , q — заряд одного электрона в кулонах. При комнатной температуре В _Т ≈ 26 мВ . В нашей схеме r _e ≈ 26 мВ /4,6 мА ≈ 5,7 Ом. Общее сопротивление эмиттера R _E (общее) = R _E + r _e . Окончательное уравнение усиления для усилителя CE может быть записано как:

Таким образом, приблизительное усиление по напряжению для простого CE-усилителя в этой лаборатории определяется отношением сопротивления коллектора к общему сопротивлению эмиттера с инверсией фазы на 180 градусов. Используя значения схемы и расчетное значение для r _e, мы можем рассчитать усиление усилителя в этой лабораторной работе как

Принимая во внимание потери делителя напряжения, вызванные выходным сопротивлением усилителя 470 Ом и сопротивлением нагрузки 1 кОм, мы можем рассчитать коэффициент усиления под нагрузкой как

Одной из проблем, возникающих при использовании этой простой схемы, является взаимозависимость настройки смещения и настройки усиления. Оба зависят от R _E и R _C, а для большого коэффициента усиления требуется большой R _C и/или маленький R _Е . Выходное сопротивление составляет R _C , поэтому увеличение R _C приводит к большому выходному сопротивлению, что нежелательно. Поскольку R _E является частью того, что устанавливает ток покоя, низкое значение R _E, используемое для получения большого коэффициента усиления, может потребовать высокого тока покоя и/или низкого базового напряжения. Техника, которая добавляет степень независимости между настройкой смещения и настройкой усиления, включает в себя полное или частичное шунтирование R _E с помощью (обычно большого) шунтирующего конденсатора. Это дает нам больше свободы в установке точки смещения и усиления. В качестве простого примера можно поместить большой конденсатор между 10 Ом в цепи эмиттера и землей, увеличив усиление по переменному току и сохранив точку смещения по постоянному току неизменной. Это изменяет поведение цепи по переменному току, и это необходимо учитывать при использовании этого метода.

Последней темой, которую мы рассмотрим, является коэффициент усиления мощности усилителя CE, но сначала мы должны представить децибел . Еще на заре телефонии для выражения десятичного логарифма отношения мощностей была введена единица бел , названная в честь Александра Грэма Белла. Выражение величин в логарифмической форме полезно по многим причинам и позволяет сжать широкий диапазон величин в меньший диапазон, упрощая такие вещи, как графические функции. Бел определяется как

Бел является относительно большой величиной, поэтому он был разделен на десятые доли, называемые децибел или «десятая часть бела» и сокращенно дБ . Поскольку в одном беле десять дБ , мы должны умножить количество белов на 10, чтобы получить количество децибелов.

В нашем исследовании усиления мощности усилителей CE нас интересует отношение выходной мощности P _o к входной мощности P _i . Это определяется как усиление мощности усилителя, A _P , который часто указывается в дБ

Нам нужно определить входное сопротивление R _i усилителя, чтобы рассчитать мощность в усилителе. R _i равно эквивалентному сопротивлению, представленному цепью смещения базы делителя напряжения, параллельной сопротивлению базы транзистора. Входное сопротивление, смотрящее в базу, R _i,база рассчитывается следующим образом:

Используя β = 200 из лабораторной работы «Введение в транзисторы» и подставив числа из этой лабораторной работы, мы имеем

Мы видим, что второй член в этом выражении доминирует, как это часто и бывает. Делитель напряжения имеет эквивалентное сопротивление 6,8 кОм||1,7 кОм = 1,36 кОм. Таким образом, полное входное сопротивление равно

90 522 rms 90 224 мощности в усилителе для любого периодического входного напряжения [kv _i] ²/R _i = k ² v _i ² /R _i где k — константа, зависящая от формы волны ( k = 1/√ синусоида). среднеквадратичное значение выходной мощности в нагрузку равно [кв _o ] ² /R _L = k ² v _o ^{6 L 4 6 / 4. Мы знаем, что v _o = A _V v _i , и если мы сделаем эту замену, мы сможем рассчитать прирост мощности, просто основываясь на A _V, R _i и R _L следующим образом}

Нам нужно использовать величину коэффициента усиления по напряжению в случае, если усилитель производит инверсию фазы. Поскольку M1K обеспечивает очень низкое выходное сопротивление при подаче напряжения, потери напряжения, возникающие из-за входной нагрузки на сопротивление источника M1K, незначительны, поэтому мы можем игнорировать это. Теперь мы можем рассчитать коэффициент усиления усилителя CE для нашей схемы следующим образом.