Усилитель напряжения на транзисторе. Усилители напряжения на полевых транзисторах: принцип работы, схемы, характеристики

Как работают усилители напряжения на полевых транзисторах. Какие схемы включения используются. Каковы основные характеристики и преимущества таких усилителей. Как обеспечивается температурная стабилизация.

Принцип работы усилителя напряжения на полевом транзисторе

Усилитель напряжения на полевом транзисторе работает следующим образом:

• На затвор транзистора подается входной усиливаемый сигнал
• Под действием этого сигнала изменяется проводимость канала транзистора
• Это приводит к изменению тока стока
• Изменение тока стока вызывает изменение напряжения на нагрузке в цепи стока
• Таким образом, небольшие изменения входного напряжения вызывают значительные изменения выходного напряжения

Коэффициент усиления по напряжению такого усилителя может достигать нескольких десятков или даже сотен.

Основные схемы включения полевых транзисторов в усилителях

Для построения усилителей напряжения на полевых транзисторах используются три основные схемы включения:

1. Схема с общим истоком (ОИ)

Это наиболее распространенная схема. Она обеспечивает:

• Усиление по напряжению
• Усиление по току
• Высокое входное сопротивление
• Среднее выходное сопротивление

2. Схема с общим стоком (ОС)

Особенности данной схемы:

• Коэффициент усиления по напряжению близок к единице
• Очень высокое входное сопротивление
• Низкое выходное сопротивление
• Используется как согласующий каскад

3. Схема с общим затвором (ОЗ)

Характеристики схемы с общим затвором:

• Высокий коэффициент усиления по напряжению
• Низкое входное сопротивление
• Высокое выходное сопротивление

Преимущества усилителей на полевых транзисторах

Усилители напряжения на полевых транзисторах имеют ряд важных преимуществ:

• Очень высокое входное сопротивление (до сотен МОм)
• Малый уровень собственных шумов
• Хорошая температурная стабильность
• Высокая радиационная стойкость
• Простота схемотехники
• Возможность работы при малых напряжениях питания

Благодаря этим свойствам, усилители на полевых транзисторах широко применяются во входных каскадах измерительной аппаратуры, предварительных усилителях и других устройствах.

Температурная стабилизация режима работы

Для обеспечения стабильной работы усилителя при изменении температуры используются следующие методы температурной стабилизации:

1. Автоматическое смещение

В цепь истока включается резистор, создающий отрицательную обратную связь по постоянному току. При повышении температуры ток стока увеличивается, что приводит к увеличению падения напряжения на резисторе истока. Это уменьшает напряжение затвор-исток и стабилизирует режим.

2. Термокомпенсация

В цепь затвора включается термистор или диод с отрицательным ТКС. При повышении температуры их сопротивление уменьшается, что приводит к уменьшению напряжения на затворе и стабилизации тока стока.

3. Использование составных схем

Применение каскодных и других составных схем позволяет уменьшить влияние температуры на параметры усилителя.

Основные характеристики усилителей напряжения на полевых транзисторах

Ключевыми характеристиками усилителей напряжения на полевых транзисторах являются:

• Коэффициент усиления по напряжению (может достигать 100 и более)
• Входное сопротивление (до сотен МОм)
• Выходное сопротивление (единицы-десятки кОм)
• Полоса пропускания (зависит от схемы, может достигать сотен МГц)
• Коэффициент нелинейных искажений (доли процента)
• Уровень собственных шумов

Конкретные значения этих параметров зависят от типа используемого транзистора, схемы включения и режима работы.

Применение усилителей напряжения на полевых транзисторах

Благодаря своим преимуществам, усилители напряжения на полевых транзисторах нашли широкое применение в различных областях электроники:

• Входные каскады измерительных приборов
• Предварительные усилители звуковой аппаратуры
• Усилители промежуточной частоты радиоприемников
• Усилители в составе АЦП и ЦАП
• Усилители датчиков с высоким выходным сопротивлением
• Дифференциальные усилители

Особенно эффективно их использование в устройствах, где требуется высокое входное сопротивление и малый уровень шумов.

Заключение

Усилители напряжения на полевых транзисторах обладают рядом важных преимуществ по сравнению с усилителями на биполярных транзисторах. Их основными достоинствами являются высокое входное сопротивление, малый уровень собственных шумов и хорошая температурная стабильность. Это делает их незаменимыми во многих областях применения, особенно во входных каскадах измерительной аппаратуры и предварительных усилителях. Правильный выбор схемы включения и обеспечение температурной стабилизации позволяют реализовать все преимущества усилителей на полевых транзисторах.

Усилитель напряжения на полевом транзисторе

Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Техника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ? Влияние общества на человека Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 40Следующая ⇒   Функциональная схема этого усилителя приведена на рис. 9.3, а. Эквивалентная электрическая схема показана на рис. 9.3, б. Емкость C0 является здесь входной емкостью второго каскада.     По эквивалентной схеме можно рассматривать работу усилителя на различных частотах. В средней части частотного диапазона (от 200 до 3000 Гц) сопротивление емкости C0 достаточно большое и она не шунтирует сопротивления Rcи R3, поэтому общее сопротивление в стоке транзистора     Коэффициент усиления каскада     где Iс _ ток в стоке транзистора; μ — статический коэффициент усиления полевого транзистора, μ = Δ Uстока,истока/ΔUзатвора; α = Ri/R1 — коэффициент нагрузки. При Ri>> R3, R3 >> Rcможно считать R1/Rc>> (1 + Ri/R3), тогда коэффициент усиления в средней части частотного диапазона     где S — крутизна характеристики полевого транзистора. Для низких частот ωн (меньше 200 Гц) сопротивление конденсатора Сс становится существенным, поэтому на резисторе R3падает только часть усиленного сигнала. Коэффициент усиления на этих частотах     На высоких частотах ωв (свыше 3 кГц) начинает сказываться сопротивление конденсатора С о. Общее сопротивление нагрузки в цепи стока транзистора в этом случае     Коэффициент усиления на этих частотах     Частотная характеристика усилителя приведена на рис. 9.3, в. Схема усилителя с динамической нагрузкой показана на рис. отсутствует. Следовательно, через него протекает нулевой ток. Это признак того, что резистор имеет бесконечное сопротивление для переменного сигнала.     В схеме рис. 9.5 полевой транзистор VT1 выступает в роли генератора тока. Ток стока полевого транзистора направлен в базу биполярного транзистора. В этой схеме входное напряжение преобразуется в полевом транзисторе в ток, который усиливается биполярным транзистором. Схема может обеспечить большой коэффициент усиления по току. Ограничение коэффициента усиления в этой схеме происходит за счет того, что полевой транзистор работает при малых токах стока, где крутизна характеристики значительно отличается от справочных данных на полевой транзистор. В результате общий коэффициент усиления не превышает 100. Рассмотренная схема имеет очень важное преимущество по сравнению с другими. Колебания питающего напряжения и помехи, существующие в цепях питания, не влияют на входной и выходной сигналы усилителя, так как они развязаны с питающим источником большим выходным сопротивлением биполярного транзистора.   Операционные усилители   Операционные усилители (ОУ) нашли применение в электронной аппаратуре за счет своей универсальности и многофункциональности. Они представляют собой специальные усилители постоянного тока. Электрические схемы ОУ весьма разнообразны. ОУ могут быть с одним или двумя входами. Различают также ОУ с параметрической компенсацией дрейфа нуля, преобразованием сигнала и автоматической коррекцией дрейфа нуля. В усилителях с непосредственными связями компенсация дрейфа нуля осуществляется за счет построения входных каскадов по симметричной балансной или дифференциальной схемам. В усилителях с преобразованием сигнала для усиления постоянной составляющей используется импульсная стабилизация типа модуляция-усиление—демодуляция.   Операционные усилители без преобразования сигнала   Наиболее широкое распространение получили ОУ без преобразования сигнала, где входной каскад построен по дифференциальной схеме. ОУ этого типа состоят из каскадов: дифференциального усилителя, схемы смещения уровня напряжений, выходного усилителя мощности.     Простой дифференциальный каскад включает в себя три транзистора (рис. 9.6, а). Транзистор VT3 работает в режиме генератора тока. Коллекторный ток этого транзистора задается стабильным напряжением на делителе R1 R2и сопротивлением Rэ. При равенстве Ulвхи U2вхток I3 транзистора VT3 протекает равными частями через транзисторы VT1 и VT2. В коллекторах этих транзисторов устанавливается напряжение     Напряжения Ulвых и U2выхравны Е1/2. В зависимости от разности между Ulвхи U2вхвыходные напряжения меняются, как показано на рис. 9.6, б. Схема смещения уровня постоянного напряжения, которое устанавливается на коллекторах транзисторов дифференциального каскада, показана на рис. 9.7, а. На базе транзистора VT2 устанавливается напряжение Е2/2, Через этот транзистор протекает ток Iэ = E2/2R4. На эмиттер транзистора VT1 подается напряжение UK= Е1/2 (положительной полярности). Коллекторный ток транзистора VT2 Iк = Iэ создает падение напряжения на резисторе R3IK = E1/2. В результате напряжение положительной полярности эмиттера VT1 полностью падает на резисторе R3и напряжение Ulвыхбудет равняться нулю. Выходной каскад строится на сдвоенном эмиттерном повторителе. Когда напряжение Ulвых положительное, открывается транзистор VT1, обеспечивающий выходной ток. Отрицательная полярность U1выхоткрывает транзистор VT2, обеспечивая выходной ток (рис. 9.7, б). На графическом изображении ОУ (рис. 9.7, в) указаны следующие выводы: 1 — инвертирующий вход, 2 — неинвертирующий вход, 3 — подключение положительного источника питания, 4 — подключение отрицательного источника питания, 5 — выходной сигнал. Частотная характеристика ОУ приведена на рис. 9.7, г. Перечислим основные параметры ОУ. 1. Входное сопротивление — дифференциальное сопротивление переменному току     2. Средний входной ток, при отсутствии сигнала не превышающий сотен наноампер. 3. Входной ток сдвига ΔIвх = Iвх+ — Iвх— — разность между входными токами (он в несколько раз меньше среднего входного тока). 4. Напряжение смещения (прикладывается к одному из входов, Для получения Uвых = 0), равное 1мВ. 5. Температурный дрейф напряжения смещения     6. Выходное сопротивление, составляющее 1 . ..5 кОм. 7. Коэффициент усиления в пределах 102… 105. 8. Полоса пропускания — полоса частот, в которой выходное напряжение уменьшается не более чем до 0,7 от максимального значения. 9. Скорость нарастания выходного напряжения р = Δ Uвых/Δt. 10. Время установления выходного напряжения, определяемое между уровнями (0,1…0,9) Uвых и составляющее единицы мкс. 11. Максимальный выходной ток, составляющий 5 мА и более. Для ОУ принципиальное значение имеют три параметра: р, RBX, ΔUCM/ΔT. Любой из параметров ОУ можно улучшить за счет ухудшения других. Различают ОУ: прецизионные, предназначенные для применения в контрольно-измерительной аппаратуре; быстродействующие — для схем, где требуются широкая полоса пропускания, высокая скорость нарастания выходного напряжения и малое время установления; универсальные, или средней точности; микромощные, где рабочий ток усилителя задается внешним резистором; с высоким входным сопротивлением; малошумящие; многоканальные; мощные. Прецизионные, быстродействующие, микромощные, малошумящие, широкополосные ОУ относятся к классу специализированных, поскольку один или несколько их параметров имеют значения, близкие к предельным.   ⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒ Читайте также:  Психологические особенности спортивного соревнования Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Занятость населения и рынок труда Социальный статус семьи и её типология 

Последнее изменение этой страницы: 2016-06-26; просмотров: 972; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia. su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь — 176.9.44.166 (0.009 с.)

14. Усилитель напряжения на биполярном транзисторе. Схема и принцип действия. Температурная стабилизация.

Усилители на биполярных транзисторах

 

 В усилителях на биполярных транзисторах используется три схемы подключения транзистора:  с общей базой (рис. 5.6; 5.9), с общим эмиттером (рис. 5.7; 5.10), с общим коллектором (рис. 5.8; 5.11).

На рисунках 5.6-5.8 показаны схемы включения транзисторов с питанием входных и выходных цепей от отдельных источников питания, а на рисунках 5.9-5.11 – с питанием входных и выходных цепей транзистора от одного источника постоянного напряжения.

 Усилители в схеме включения транзистора с общей базой характеризуются усилением по напряжению, отсутствием усиления по току, малым входным сопротивлением и большим выходным сопротивлением.

У силители в схеме включения транзистора с общим коллектором характеризуются усилением по току, отсутствием усиления по напряжению, большим входным сопротивлением и малым выходным сопротивлением.

Наибольшее распространение получила схема включения с общим эмиттером. В схеме включения транзистора с общим эмиттером усилитель обеспечивает усиление по напряжению, по току, по мощности. Такой усилитель имеет средние значения входного и выходного сопротивления по сравнению со схемами включения с общей базой и общим коллектором.

Сравнительные характеристики усилителей приведены в таблице:

 

Параметр	Схема ОЭ	Схема ОБ	Схема ОК
коэффициент усиления по току	Десятки-сотни	Немного меньше единицы	Десятки-сотни
коэффициент усиления по напряжению	Десятки-сотни	Десятки-сотни	Немного меньше единицы
коэффициент усиления по мощности	Сотни- десятки тысяч	Десятки-сотни	Десятки-сотни
Входное сопротивление	Сотни ом – единицы килоом	Единицы- десятки ом	Десятки – сотни килоом
Выходное сопротивление	Единицы – десятки килоом	Сотни килоом – единицы мегаом	Сотни ом – единицы килоом

 

Параметры транзистора в значительной степени зависят от температуры. Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению рабочего режима транзистора в простой с хеме усилителя при включении транзистора с общим эмиттером (рис. 5.2 б). Такая простая схема усилителя используется очень редко. Для стабилизации режима работы транзистора при изменении температуры используют схемы коллекторной (рис. 5.12, 5.13) и эмиттерной (рис. 5.14, 5.15) стабилизации режима работы транзистора.

Коллекторная температурная стабилизация режима работы транзистора по схеме рисунка 5.12 используется редко, так как кроме температурной стабилизации происходит уменьшение коэффициента усиления за счет отрицательной обратной связи по переменному току. Устранить отрицательную обратную связь по переменному току позволяет конденсатор С1 в схеме, приведенной на рисунке 5.13. Такая стабилизация используется, например, в антенных усилителях для телевизионного приема.

Как в промышленных, так и в радиолюбительских конструкциях широко применяется эмиттерная температурная стабилизация режима работы транзистора. На р исунках 5.14 и 5.15 приведены схемы однокаскадных усилителей на биполярных транзисторах n-p-n и p-n-p типов с эмиттерной температурной стабилизацией режима работы транзистора.

Проследим цепи, по которым протекают постоянные токи в усилителе по схеме рисунка 5.14. Постоянный ток делителя напряжения протекает по цепи: плюс источника питания, резисторы R1, R2, минус источника питания. Постоянный ток базы транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R1, переход база-эмиттер транзистора VT1, резистор R_э, минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R_К, выводы коллектор-эмиттер транзистора, резистор R_э, минус источника питания. Биполярный транзистор в составе усилителя работает в режиме, когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор — в обратном. Поэтому постоянное напряжение на резисторе R2 будет равно сумме напряжения на переходе база-эмиттер транзистора VT1 и напряжения на резистореR_э:  U_R2=U_бэ+U_Rэ. Отсюда следует, что постоянное напряжение н а переходе база-эмиттер будет равно  U_бэ= U_R2 — U_Rэ.

Пусть температура окружающей среды увеличивается. В результате этого увеличиваются постоянные токи базы, коллектора и эмиттера, т.е. изменяется рабочая точка транзистора. Ток делителя напряжения на резисторах R1, R2 выбирают значительно больше тока базы транзистора.  Поэтому напряжение на резисторе R2 при изменении температуры остается практически неизменным (сопротивление резистора от температуры не зависит), а напряжение на резисторе R_э с увеличением температуры увеличивается за счет увеличения тока эмиттера при неизменном сопротивлении резистора в цепи эмиттера. В результате этого напряжение база-эмиттер уменьшится, что приведет к уменьшению тока базы, а, следовательно, и силы тока коллектора. Таким образом, рабочая точка транзистора будет стремиться к исходному состоянию. Наличие резистора в цепи эмиттера приводит к появлению отрицательной обратной связи как по постоянному, так и по переменному токам. Для устранения отрицательной обратной связи по переменному току параллельно резистору R_э подключают конденсатор. Емкость конденсатора С_э выбирают так, чтобы его сопротивление переменному току на самой низкой частоте усиливаемого сигнала было значительно (примерно в десять раз) меньше сопротивления резистора в цепи эмиттера.

В усилителях низкой частоты на биполярных транзисторах применяются разделительные конденсаторы большой емкости. Это, как правило, электролитические конденсаторы, при подключении которых в электрическую цепь необходимо соблюдать полярность. Если источник усиливаемого сигнала не имеет постоянной составляющей и к выходу усилителя подключается нагрузка, не имеющая постоянного напряжения на своих зажимах, то полярность конденсаторов при использовании транзисторов n-р-n типа должна быть такой, как показано на рисунке 5.14, а для транзистора р-n-р типа — на рисунке 5.15 (изменяется полярность включения источника питания и полярность подключения конденсаторов). Емкость разделительного конденсатора (конденсатор на выходе усилительного каскада) выбирают такой, чтобы его сопротивление было много меньше входного сопротивления следующего усилительного каскада, или много меньше сопротивления нагрузки на самой низкой частоте усиливаемого сигнала.

В последнее время широко применяются двухкаскадные усилители с непосредственной связью между транзисторами (рис. 5.16). Такие усилители применяются в качестве входных усилителей низкой частоты, в качестве антенных усилителей телевизионного сигнала и др. В этих усилителях обеспечивается температурная стабилизация режима обоих транзисторов. Рассмотрим цепи, по которым протекают постоянные токи. Постоянный ток базы транзистора VT1 протекает по следующим цепям: плюс источника питания, резистор R1, переход база-эмиттер транзистора VT2, резистор R2, переход база-эмиттер транзистора VT1, общий провод, минус источника питания; плюс источника питания, резистор R_к, выводы коллектор-эмиттер транзистора VT2, резистор  R2,

переход база-эмиттер транзистора VT1, общий провод, минус источника питания. Постоянный ток базы транзистора VT2 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R1, переход база-эмиттер транзистора VT2, резистор R_э, общий провод, минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R1, выводы коллектор-эмиттер транзистора VT1, общий провод, минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT2 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R_к, выводы коллектор-эмиттер транзистора VT2, резистор R_э, общий провод, минус источника питания.

При увеличении температуры увеличивается ток базы первого транзистора. Это приведет к увеличению тока коллектора этого транзистора и уменьшению напряжения между коллектором первого транзистора и общим проводом. В результате уменьшится ток базы второго транзистора, что приведет к уменьшению тока коллектора второго транзистора. Напряжение на резисторе Rэ уменьшится, и ток базы первого транзистора будет стремиться к своему первоначальному значению.

Входные цепи чувствительного усилителя низкой частоты обязательно выполняются экранированным проводом, причем экран соединяется с корпусом усилителя в одной точке. От выбора этой точки зависит уровень мешающих напряжений.

Транзистор как усилитель — CoderLessons.com

Чтобы транзистор действовал как усилитель, он должен быть правильно смещен. Мы обсудим необходимость правильного смещения в следующей главе. Здесь, давайте сосредоточимся, как транзистор работает как усилитель.

Транзисторный усилитель

Транзистор действует как усилитель, повышая силу слабого сигнала. Напряжение смещения постоянного тока, приложенное к основанию соединения эмиттера, заставляет его оставаться в прямом смещенном состоянии. Это прямое смещение поддерживается независимо от полярности сигнала. На рисунке ниже показано, как выглядит транзистор при подключении в качестве усилителя.

Низкое сопротивление входной цепи позволяет любому небольшому изменению входного сигнала привести к значительному изменению выходного сигнала. Ток эмиттера, вызванный входным сигналом, вносит ток коллектора, который, когда протекает через нагрузочный резистор R _L , приводит к значительному падению напряжения на нем. Таким образом, небольшое входное напряжение приводит к большому выходному напряжению, что показывает, что транзистор работает как усилитель.

пример

Пусть произойдет изменение входного напряжения на 0,1 В, что дополнительно приведет к изменению тока эмиттера на 1 мА. Этот ток эмиттера, очевидно, вызовет изменение тока коллектора, которое также будет равно 1 мА.

Сопротивление нагрузки 5 кОм, помещенное в коллектор, будет создавать напряжение

5 кОм × 1 мА = 5 В

Следовательно, наблюдается, что изменение на 0,1 В на входе дает изменение на 5 В на выходе, что означает, что уровень напряжения сигнала усиливается.

Производительность усилителя

Поскольку общий тип подключения к излучателю в основном принят, давайте сначала разберемся с несколькими важными терминами, относящимися к этому режиму подключения.

Входное сопротивление

Поскольку входная цепь смещена в прямом направлении, входное сопротивление будет низким. Входное сопротивление – это сопротивление, создаваемое переходом база-эмиттер потоку сигнала.

По определению это отношение небольшого изменения напряжения базы-эмиттера (ΔV _BE ) к результирующему изменению тока базы (ΔI _B ) при постоянном напряжении коллектор-эмиттер.

Входное сопротивление, Ri= frac DeltaVBE DeltaIB

Где R _i = входное сопротивление, V _BE = напряжение базы-эмиттера, а I _B = ток базы.

Выходное сопротивление

Выходное сопротивление транзисторного усилителя очень высокое. Ток коллектора изменяется очень слабо с изменением напряжения коллектор-эмиттер.

По определению это отношение изменения напряжения коллектора-эмиттера (ΔV _CE ) к результирующему изменению тока коллектора (ΔI _C ) при постоянном базовом токе.

Выходное сопротивление = Ro= frac DeltaVCE DeltaIC

Где R _o = выходное сопротивление, V _CE = напряжение коллектор-эмиттер, а I _C = напряжение коллектор-эмиттер.

Эффективная нагрузка на коллектор

Нагрузка подключена к коллектору транзистора, и для одноступенчатого усилителя выходное напряжение берется с коллектора транзистора, а для многоступенчатого усилителя то же самое собирается с каскадных каскадов транзисторной цепи.

По определению это общая нагрузка, видимая током коллектора переменного тока. В случае одноступенчатых усилителей эффективная нагрузка коллектора представляет собой параллельную комбинацию R _C и R _o .

Эффективная нагрузка коллектора, RAC=RC//Ro

= fracRC timesRoRC+Ro=RAC

Следовательно, для одноступенчатого усилителя эффективная нагрузка равна нагрузке коллектора R _C.

В многоступенчатом усилителе (то есть имеющем более одного каскада усиления) также учитывается входное сопротивление R _i следующего каскада.

Эффективная нагрузка коллектора становится параллельной комбинацией R _C , R _o и R _i, т. Е.

Эффективная нагрузка коллектора, RAC=RC//Ro//Ri

RC//Ri= fracRCRiRC+Ri

Поскольку входное сопротивление R _i довольно мало, следовательно, эффективная нагрузка уменьшается.

Текущая прибыль

Коэффициент усиления по току, когда наблюдаются изменения входных и выходных токов, называется коэффициентом усиления по току . По определению это отношение изменения тока коллектора (I _C ) к изменению базового тока (I _B ).

Текущая прибыль,  beta= frac DeltaIC DeltaIB

Значение β колеблется от 20 до 500. Коэффициент усиления по току указывает, что входной ток становится β-кратным в токе коллектора.

Усиление напряжения

Коэффициент усиления по напряжению, когда наблюдаются изменения входных и выходных токов, называется коэффициентом усиления по напряжению . По определению это отношение изменения выходного напряжения (ΔV _CE ) к изменению входного напряжения (ΔV _BE ).

Коэффициент усиления по напряжению, AV= frac DeltaVCE DeltaVBE

= fracИзменитьввыводтекущий разэффективныйнагрузкаИзменитьввходтекущий развводсопротивление

= frac DeltaIC timesRAC DeltaIB timesRi= frac DeltaIC DeltaIB times fracRACRi= beta times fracRACRi

Для одной ступени R _AC = R _C.

Тем не менее, для многоступенчатой,

RAC= fracRC timesRiRC+Ri

Где R _i – входное сопротивление следующей ступени.

Усиление силы

Коэффициент усиления по мощности, когда наблюдаются изменения входных и выходных токов, называется коэффициентом усиления по мощности .

По определению это отношение мощности выходного сигнала к мощности входного сигнала.

Усиление мощности, AP= frac( DeltaIC)2 timesRAC( DeltaIB)2 timesRi

= left( frac DeltaIC DeltaIB right) times frac DeltaIC timesRAC DeltaIB timesRi

= Коэффициент усиления по току × коэффициент усиления по напряжению

Следовательно, это все важные термины, которые относятся к производительности усилителей.

Усилители управляемые напряжением на основе JFET

Ранее мы познакомились с простым УУН на биполярном транзисторе и даже реализовали АРУ по ВЧ на его основе. Но у этой схемы есть свои ограничения. В частности, диапазон возможных усилений одного УУН составляет лишь ~10 dB. Сегодня мы рассмотрим несколько альтернативных схем, основанных на транзисторах с управляющим PN-переходом (JFET).

В радиолюбительской литературе можно найти больше одного УУН на JFET. Мне понравились схемы, предложенные в статье The Hybrid Cascode — A General Purpose AGC IF Amplifier [PDF], авторы Wes Hayward, W7ZOI и Jeff Damm, WA7MLH. Дальше я расскажу, как пытался воспроизвести некоторые из этих схем, и что их этого вышло.

Каскодный усилитель

Авторы предлагают начать со следующей схемы:

Это называется каскодный усилитель, или каскод (cascode). Каскод может быть выполнен на радиолампах, биполярных транзисторах, и других активных компонентах. В данном случае имеем каскод на JFET.

По большому счету, это обычный усилитель на J1. Транзистор J2 позволяет контролировать ток через J1, благодаря чему изменяется усиление. Пять диодов 1N4148 обеспечивают положительное напряжение на истоке J1 (см шпаргалку по JFET). Входной импеданс усилителя задается в основном Rin. Для согласования с 50 Ом применена LC-схема (Lin, Cv). Выходной импеданс усилителя высокий. Для согласования с 50 Ом применен трансформатор на кольце FT37-43.

Vs управляющего транзистора при Vg = 0 составляет около 6.5 В. Vs будет немного увеличиваться по мере открытия транзистора, но не сильно. Соответственно, имеем Vgs = -6.5 В. Когда Vg увеличивается, Vgs также увеличивается, в сторону нуля, значит ток через транзистор растет (опять же, см шпаргалку по JFET). То есть, чем больше управляющее напряжение, тем больше усиление.

Вместо транзисторов J310 я использовал J111. Ранее мы убедились, что эти транзисторы примерно эквивалентны. Для согласования 50 Ом с 2200 Ом на частоте 9 МГц (популярный выбор ПЧ) Cv должен быть 52. 7 пФ. Не уверен, почему авторы рекомендуют 42 пФ. Либо это опечатка, либо они учли паразитные эффекты в цепи. Так или иначе, был использован подстроечный конденсатор на 50 пФ. В теории, можно обойтись и без подстроечника, но с ним удобнее. Lin был намотан в 30 витков на кольце T68-2.

При измерении усилителя анализатором спектра видим следующее:

Схема питается от 13.8 В. Максимальное усиление составило 8.6 dB при управляющем напряжении 10 В. При напряжении 0 В получаем усиление -6.1 dB. См желтый и бирюзовый трейсы соответственно. Пурпурный трейс — для напряжения 3 В.

Итого, здесь мы можем регулировать усиление в интервале 14.5 dB, что уже лучше УУН на биполярном транзисторе. Кроме того, усилитель имеет КСВ ≤ 2 по входу при любом значении управляющего напряжения.

Дабы не повторяться, скажу, что все рассмотренные схемы питаются от 13.8 В и всегда имеют КСВ ≤ 2 по входу. Кроме того, в отсутствие питания все они обеспечивают 50+ dB изоляции между входом и выходом. Чтобы избежать искажений, при максимальном усилении на вход должно подаваться ≤ -30 dBm. Это знание позволяет определить, в какой момент детектор должен снижать управляющее напряжение при реализации АРУ.

Гибридный каскод

J2 может быть заменен биполярным транзистором:

Поскольку в схеме теперь используется два разных активных компонента, говорят, что это гибридный каскод.

Схема дает большой диапазон возможных усилений:

Желтый график соответствует управляющему напряжению 11.6 В, пурпурный — 6 В, бирюзовый — 3 В. При управляющием напряжении 2 В усиление падает ниже -45 dB. Еще одно преимущество схемы состоит в том, что ей нужен только один JFET. Последние дороже биполярных транзисторов.

Упрощенный гибридный каскод

Гибридный каскод можно упростить:

Качественно схема работает так же, как и предыдущая:

Желтый график соответствует управляющему напряжению 12 В, пурпурный — 4 В, бирюзовый — 2 В. При управляющием напряжении 1 В усиление падает ниже -45 dB. Эта схема чуть хуже согласована по входу, но с практической точки зрения это ни на что не влияет.

Зато, в отличие от предыдущих схем, она мало зависит к напряжения питания. Если снизить Vcc с 13.8 В до 9.0 В, максимальное усиление упадет на 3 dB. Все остальные свойства останутся неизменными. Это особенно полезно, если вы делаете портативный трансивер, питаемый от аккумулятора.

Заключение

Если вы нашли эту информацию полезной, рекомендую прочитать оригинальную статью [PDF]. В ней рассказывается, как обойтись без диодов в последней схеме и как последовательно соединить несколько усилителей. Приводится полная схема АРУ с детектором. UPD: См также дополнительные материалы к статье, в том числе errata.

Также вас может заинтересовать статья Adding AGC to a Termination Insensitive Amplifier [PDF], написанная Wes Hayward, W7ZOI. Из статьи вы узнаете, как встроить упрощенный гибридный каскод в двунаправленный усилитель. Идеи из этой статьи ранее использовались в посте Двунаправленный ВЧ усилитель управляемый напряжением.

Метки: Беспроводная связь, Любительское радио, Электроника.

2.1 Усилители на биполярных и полевых транзисторах

2.1 Усилители на биполярных и полевых транзисторах

Схема усилителя на полевом транзисторе с p-n переходом, включенном по схеме с общим истоком, показана на рисунке 2.1.1.

Рисунок 2.1.1 Схема усилителя на полевом транзисторе

Конденсаторы С_х и С₂ являются разделительными: С_х препятствует связи по постоянному току источника входного сигнала и усилителя, С₂ служит разделения по постоянному току цепи стока и нагрузки. Конденсатор С_и устраняет отрицательную обратную связь для переменной составляющей. Резистор R обеспечивает нулевое напряжение между затвором и общей точкой при отсутствии сигнала на входе.

В n-канальном ПТ с управляющим переходом напряжение затвор-исток должно быть отрицательным. Это достигается с помощью автоматического смещения. Цепь автоматического смещения состоит из резистора R, соеди­няющего затвор с общей точкой, и резистора R в цепи истока. Поскольку ток затвора полевого транзистора ничтожно мал, постоянная составляющая напряжения на резисторе R равна нулю и напряжение затвор-исток отрица­тельно: U_зи=-R_и*1_с.

Для обеспечения высокого входного сопротивления схемы величина R выбирается большой (до нескольких МОм). Номиналы разделительных конден­саторов в усилителях на полевых транзисторах могут быть гораздо меньше, чем в схемах на биполярных транзисторах. Это объясняется тем, что входные со­противления полевых транзисторов значительно выше, чем биполярных.

Функциональная схема усилителя на биполярном транзисторе приведена на рисунке 2.1.2, а.

Рисунок 2.1.2 схема усилителя на биполярном транзисторе

а) схема, б) входная вольтамперная характеристика в) выходная вольтамперная характеристика

Резисторы R₁ и R₂задают режим покоя каскада, при котором в транзисторе протекают только постоянные токи покоя базы I_Бп, коллектора I_Кп и эмиттера I_Эп. 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_Эопределяет 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_Эп*R_Э.

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

Введение резистора R_Э изменяет работу каскада и при усилении переменного входного сигнала. Переменный ток эмиттера создает на резисторе падение напряжения U_Э=T_Э*R_Э, которое уменьшает усиливаемое напряжение. Коэффициент усиления каскада

Для исключения резистора R_Э для протекания переменного тока его необходимо шунтировать конденсатором С_Э достаточно 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 вольтамперных характеристик (ВАХ) (рисунок 2. 1.2, 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_K*R_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.

УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

УПТ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ

Высокое входное сопротивление, малый температурный дрейф (в термостабильной точке), низкий уровень шумов позволяют использовать ПТ в схемах усилителей постоянного тока. Наличие термостабильной точки у полевых транзисторов выгодно отличает их от электронных ламп и биполярных транзисторов, используемых в УПТ.

Рис. 1. Простейшие схемы УПТ. а — истоковый повторитель; б — истоковый повторитель с компенсацией дрейфа тока затвора.

В этом параграфе будут рассмотрены простейшие схемы УПТ, а также более сложные балансные каскады на полевых транзисторах.

Полевой транзистор при токе стока, соответствующем точке «нулевого» дрейфа, в схеме простейшего УПТ (рис. 1, а) может иметь очень малый дрейф. Так, при изменении температуры окружающей среды от +10 до +100°C приведенный ко входу дрейф может быть менее 100 мкВ, что соответствует среднему дрейфу 1 мкВ/°С во всем диапазоне температур [2]. Таких результатов можно достигнуть, конечно, при очень тщательной установке, термостабильной точки.

При смене транзисторов без дополнительной подстройки появится дрейф, если новый транзистор не будет иметь точно такое же Uотс, что и прежний.

Достоинство выбора рабочей точки ПТ с нулевым дрейфом по сравнению с другими методами компенсации состоит в том, что используется компенсация встречно направленных явлений внутри одного транзистора.

При большом сопротивлении резистора в цепи затвора R3 появляется дополнительный дрейф, обусловленный током затвора. Этот дрейф можно скомпенсировать с помощью диода и резистивного делителя в схеме, изображенной на рис. 1, б. Здесь обратный ток диода Д1, протекая через резистор R2, создаёт на нём падение напряжения, равное и противоположное напряжению, создаваемому обратным током затвора на резисторе R3. В результате компенсации дрейф может быть снижен до 2 мВ и менее в диапазоне температур от -25 до +100°С.

Рис. 2. Принципиальные схемы балансных усилителей. а — дифференциальный усилитель; б — разностный каскад с генератором тока в нагрузке; в — последовательный балансный каскад.

Для больших значений тока стока I_c, когда режим ПТ далёк от оптимального с точки зрения температурной стабильности, можно получить коэффициент усиления порядка 15-30 при Rвых≈Rc = 10…20 кОм. Коэффициент усиления такого же порядка можно получить и от ПТ с малым напряжением отсечки (т. е. при малых токах стока) в термостабильной точке, однако Rc в этом случае оказывается равным 100-200 кОм, a Rвых=R_i||Rc>50…100 кОм. Столь большие значения Rвых приводят к сужению полосы пропускания усилителя до 10-20 кГц [3].

Для расчета температурного дрейфа усилителей на полевых транзисторах с управляющим p-n переходом можно воспользоваться формулами, приведенными в [5].

Наилучшим способом компенсации дрейфа УПТ с непосредственной связью является использование согласованных пар полевых транзисторов, включенных по схеме дифференциального усилителя (рис. 2, а).

Особенностью балансных усилителей постоянного тока на ПТ является то, что для получения минимального дрейфа приходится использовать режим микротоков. Это в свою очередь обусловливает трудность получения высокого коэффициента усиления и широкой полосы пропускания балансных каскадов.

В [3] показано, что дрейф балансных каскадов можно определить по выражению

(1)

где ρ — удельное электрическое сопротивление кремния; Т — абсолютная температура;

Из соотношения (1) видно, что дрейф балансных каскадов зависит от величины Iс и разброса параметра, определяемого выражением

(2)

Таким образом, получение приемлемого значения приведённого дрейфа сопряжено со значительными трудностями: необходимостью использования транзисторов в режиме очень малых токов стока Iс и отбором в пары по параметру ξ, не поддающемуся прямому измерению.

Использование ПТ в режиме микротоков приводит к проблеме получения коэффициента усиления больше нескольких единиц при ограниченных номиналах источников питания. Один из возможных путей решения этой проблемы-использование схем по типу рис. 33, б, где биполярный транзистор в режиме генератора тока создает эквивалентное сопротивление в несколько мегаом в цепи стока Т2. По данным [3] такой каскад для полевых транзисторов с Uотс≤2 В и Ic0≤0,5 мА обеспечивает усиление около 30 при Ic≈30 мкА. Среднее значение приведенного ко входу дрейфа составляет 100-200 мкВ/°С.

Разбаланс по сопротивлениям R1 и R2 (рис. 33, б) не играет в этой схеме существенной роли благодаря автоматической установке режима биполярного транзистора Т3.

Коэффициент усиления разностного каскада, изображённого на рис. 33, б, можно определить, используя μ=R_iS_макс как основной параметр усиления, потому что полевые транзисторы сохраняют значение μ приблизительно постоянным в широком диапазоне изменения Iс. Тогда усиление разностного каскада можно определить по приближенной формуле [4]

(3)

где r_к — выходное сопротивление каскада на транзисторе Т3 по схеме с общей базой.

В том случае, когда необходим усилитель постоянного тока с несимметричными входом и выходом, можно использовать последовательно-балансный каскад, принципиальная схема которого изображена на рис. 33, е. Схема отличается простотой и невысокой критичностью к подбору транзисторов в пары. Ток в рабочей точке целесообразно выбирать в пределах 0,1-0,2 мА. Усиление в области низких частот на холостом ходу

Ки ≈ μ/2      (4)

При R1=R2=30 кОм (рис. 2, б), Eпит=24 В и использовании полевых транзисторов типа КП103Ж получен коэффициент усиления Ки = 15 при приведённом ко входу дрейфе меньше 150 мкВ/°С.

Рис. 3. Схемы комбинированных балансных усилителей.
а — параллельно-балансного; б — последовательно-балансного.

Приведенные на рис. 2 схемы имеют высокое выходное сопротивление (200-500 кОм) и узкую полосу пропускания (10-20 кГц).

Повышение усиления и расширение полосы пропускания может быть достигнуто путем использования комбинации полевых и биполярных транзисторов. У таких комбинированных каскадов (рис. 3) можно получить коэффициент усиления примерно 200 при дрейфе, приведенном ко входу, 50-100 мкВ/°С [4].

Для расширения полосы пропускания и для получения нулевого уровня на выходе усилителя прибегают к усложнению принципиальной схемы УПТ [7].

Отметим, что отбор пар полевых транзисторов облегчается тем, что между S_m, U_отс и I_c0 существует достаточно однозначное соответствие, позволяющее вести отбор по одному, максимум по двум параметрам.

Подробные сведения о подборе одиночных полевых транзисторов в пары для дифференциальных усилителей можно найти в [6], где автор анализирует взаимосвязь параметров отдельных транзисторов, входящих в пару, с температурным дрейфом и смешением нуля пары, предлагает способ подбора, качественно связывающий критерий подбора и заданные величины температурного дрейфа и смещения нуля.

ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ В УПТ С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ

При необходимости измерения очень слабых сигналов постоянного тока (единиц микровольт) применение усилителей с непосредственной связью невозможно из-за их высокого дрейфа. В этом случае используются усилители с модуляцией и демодуляцией (М-ДМ), которые мало чувствительны к изменениям питающих напряжений и температуры окружающей среды и значительно стабильнее во времени, чем усилители с непосредственными связями. В усилителях М-ДМ сигнал постоянного тока преобразуется с помощью специального устройства (модулятора М) в переменный, затем полученный сигнал усиливается усилителем переменного тока (У), после чего детектируется демодулятором ДМ. После демодулятора обычно включается фильтр нижних частот ФНЧ, на выходе которого выделяется усиленный сигнал постоянного тока, пропорциональный входному (рис. 4).

Рис. 4. Структурная схема усилителя М-ДМ.

Так как усиление на постоянном токе заменяется усилением на переменном токе, то дрейф всего усилителя определяется только изменением нулевого уровня выходного напряжения модулятора.

Следующие свойства полевых транзисторов делают их во многих случаях незаменимыми в модуляторах УПТ с преобразованием:

практическое отсутствие статического напряжения смещения нуля;

малый обратный ток затвора закрытого транзистора, обеспечивающий малый дрейф по току и напряжению; малая мощность управления затвором; большой срок службы.

Рассмотрим причины, ухудшающие качественные показатели усилителей М-ДМ с модуляторами на полевых транзисторах: дрейф нулевого уровня и коммутационные помехи, используя при этом те же эквивалентные схемы и ключевые параметры ПТ, которые были приведены ранее.

Дрейф нулевого уровня модулятора с ПТ обусловлен изменением обратного тока затвора Iз, который зависит от величины управляющего напряжения на затворе и сопротивление затвор — канал. При малом значении тока Iз и высокой частоте преобразования дрейф нулевого уровня зависит также от изменения тока помехи. Остаточный ток ПТ с p-n переходом зависит от температуры, как уже говорилось выше, по экспоненциальному закону. Практически можно с достаточной степенью точности считать, что ток затвора для кремниевых приборов удваивается на каждые 10-12° С.

Рис. 5. Принципиальные и эквивалентные схемы модуляторов на ПТ.
а — параллельного модулятора; б — последовательного модулятора; в — параллельно-последовательного модулятора.

Вследствие наличия сопротивления источника сигнала и сопротивления замкнутого ключа изменение остаточного тока вызывает дрейф нулевого уровня по напряжению. При отсутствии входного сигнала напряжение дрейфа, приведенное ко входу, можно определить по схеме рис. 5, а, из условия, что напряжение на входе преобразователя одинаково при замкнутом и разомкнутом ключе [1]:

откуда

Поскольку для полевых транзисторов выполняется условие

r_з>>r_к, то

Uдр ≈ ΔI_з(R_i+r_к)      (5)

где ΔI_з — изменение остаточного тока, вызванное нестабильностью управляющего напряжения, изменением емкости затвор — канал и другими причинами.

Таким образом, при использовании ПТ в модуляторах высокочувствительных УПТ необходима компенсация остаточных токов и напряжений. При использовании МОП-транзисторов, у которых значение тока затвора на 2-4 порядка меньше, чем у ПТ с p-n переходом, компенсация остаточного тока обычно не требуется.

Другой причиной, вызывающей дрейф и снижающей чувствительность УПТ, является коммутационная помеха. Помеха возникает на выходе модулятора за счет прохождения управляющего напряжения через ёмкости Сз.с и Сз.и. Эта помеха ограничивает частоту коммутации порядка 500-2000 Гц для ПТ с управляющим p-n переходом (в некомпенсированных модуляторах). Величина помехи зависит от сопротивлений канала открытого и закрытого транзистора, от значения и формы управляющего напряжения и, как уже говорилось выше, от ёмкости затвора.

Заметим, что на дрейф нулевого уровня оказывают влияние также паразитные термо-э.д.с, возникающие в местах соединений разнородных металлов. Для их уменьшения следует внимательно относиться к выбору металлов соединительных проводников, обеспечивающих минимальную термо-э. д.с, тщательно термоизолировать входные цепи, выравнивать температуры в местах соединений, использовать при пайке специальные припои и т. д. Проведение указанных мероприятий позволяет снизить термо-э.д.с. приблизительно до 1 мкВ/°С [8].

В модуляторах, выполненных на полевых транзисторах, используются управляющие напряжения различной формы: синусоидальные, трапециевидные и прямоугольные. Напряжение прямоугольной формы предпочтительно, так как оно может быть меньше, чем напряжение других форм. При использовании полевых транзисторов с управляющим p-n переходом прямоугольные импульсы управляющего напряжения должны быть однополярными.

СХЕМЫ МОДУЛЯТОРОВ

В зависимости от схемы включения транзисторных ключей модуляторы делятся на параллельные, последовательные и последовательно-параллельные; по цикличности работы — однотактные и двухтактные; в зависимости от типа нагрузки — резистивные, индуктивные и трансформаторные.

Параллельный модулятор предназначен для работы с высокоомным источником напряжения. Его принципиальная и эквивалентная схемы приведены на рис. 36, а.

Чувствительность преобразователя к входному сигналу Sc определяется как отношение эффективного значения первой гармоники выходного напряжения к постоянному напряжению на входе [8]. Для сравнительно низких частот преобразования f<1/2πC_зс(R_i+r_к) и R_i>>r_к можно считать

S_{c макс} ≈ 1,41/π = 0,45     (6)

Для низких частот управляющего напряжения U_упр амплитуда помехи на выходе модулятора вычисляется по формуле

    (7)

где U1 — напряжение на емкости С_з.с в момент запирания транзистора.

Максимальная рабочая частота управляющего напряжения выбирается по условию [8]

f_макс < U_c/(U_отсπC_з.сR_i),      (8)

где U_c — напряжение входного сигнала.

Из условия (8) видно, что для повышения максимальной частоты управляющего напряжения необходимо выбирать транзисторы с малым напряжением отсечки и малой проходной емкостью.

Принципиальная и эквивалентная схемы последовательного модулятора приведены на рис. 36, б. При постоянной времени цепи нагрузки τ_н=R_н(C_н+С_з.с) и сравнительно низкой частоте преобразования f<1/(2πτ_н) максимальная чувствительность последовательного модулятора к полезному сигналу, как и в случае параллельного модулятора,

S_{с макс} ≈ 0,45.

Для повышения чувствительности целесообразно увеличивать входное сопротивление усилителя переменного тока, а для снижения помехи на выходе модулятора следует выбирать транзисторы с малым напряжением отсечки и по возможности минимальное значение управляющего напряжения.

Наиболее широкое распространение получил последовательно-параллельный модулятор, обладающий лучшими характеристиками по сравнению с параллельным и последовательным преобразователями. В таком модуляторе изменение внутреннего сопротивления источника сигнала относительно слабо влияет на основные характеристики модулятора, а благодаря разнополярному управлению ключами происходит частичная компенсация помехи в нагрузке.

Принципиальная схема последовательно-параллельного модулятора приведена на рис. 36, в.

Чувствительность последовательно-параллельного модулятора к полезному сигналу

    (9)

Амплитуда напряжения помехи на выходе модулятора

     (10)

где индексы «1» и «2» означают, что соответствующие обозначения относятся к транзисторам Т1 или Т2.

Преобразователи малых напряжений постоянного тока с ПТ могут выполняться по трансформаторной схеме. Такие схемы обеспечивают наиболее высокую чувствительность и хорошее согласование с источником сигнала при условии выполнения трансформатора с требуемой степенью симметрии. На рис. 37, а представлена одноактная последовательная схема преобразователя с входным трансформатором. Выходной сигнал появляется при замкнутом ключе [1].

Рис. 6. Трансформаторные модуляторы на ПТ.
а — однотактный последовательный модулятор; б — двухтактный балансный модулятор.

Двухтактная балансная схема с входным трансформатором (рис. 6, б) состоит из двух однотактных, управляемых противофазными сигналами. При точной балансировке с помощью подстроенных конденсаторов С1 и С2 двухтактная схема позволяет существенно снизить остаточную помеху. Однотактная балансная схема используется для измерения напряжения до 0,2 мкВ при сопротивлении источника сигнала менее 40 кОм. Дрейф нулевого уровня схемы (в течение нескольких дней) не превышает 0,3 мкВ при частоте преобразования 250 Гц. Двухтактная схема с входным трансформатором, работающая на частоте 250 Гц, позволяет получить полную нестабильность нулевого уровня (в течение трех недель) менее 0,05 мкВ [42].

МЕТОДЫ КОМПЕНСАЦИИ ОСТАТОЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Существует достаточно много методов и схемных решений, позволяющих уменьшить дрейф нулевого уровня и коммутационные помехи. В этом параграфе рассмотрены лишь некоторые методы устранения остаточных параметров

Компенсацию остаточного тока можно произвести включением плоскостного диода с характеристикой обратного тока, близкой к характеристике остаточного тока ПТ по схеме рис. 38, а. Поскольку остаточный ток ПТ зависит от управляющего напряжения, то компенсирующий диод также подключается к этому источнику. Полную компенсацию в такой схеме осуществить невозможно, поскольку необходимо осуществлять подбор компенсирующего диода и точную установку напряжения на нем. Практически такая схема обеспечивает снижение дрейфа нулевого уровня по току до 5*10^-10 А и по напряжению до 0,5 мкВ в диапазоне температур 20-70° С [6].

Требуемое значение компенсирующего тока без подбора диода Дк может быть получено при помощи делителя R1 и R2 (рис. 7, б). В этой схеме обратный ток диода должен превышать ток утечки затвора ПТ. Недостатком является шунтирование делителя канала полевого транзистора. При подключении компенсирующего диода к источнику постоянного напряжения дрейф нулевого уровня составляет 5-15 мкВ в диапазоне температур 20-60° С. Необходимого значения компенсирующего тока диода можно достигнуть, используя дополнительные приемы: подбор диода, изменение амплитуды напряжения, подаваемого на диод, включение делителя тока, как показано на рис. 7, б [10].

Рис. 7. Схемы компенсационных модуляторов.
а, б, в — модуляторы с компенсацией остаточного тока; г, д -модуляторы с компенсацией коммутационной помехи.

Существенное влияние на работу модулятора оказывает помеха, проходящая в цепи управления через емкость затвор — канал. Эквивалентное напряжение помехи, обусловленное указанной емкостью, пропорционально напряжению управления, сопротивлению источника сигнала, частоте преобразования и значению емкости. Компенсацию тока помехи I_п можно осуществить включением дополнительного конденсатора С_к в схеме на рис. 7, г. Здесь удается скомпенсировать только помеху основной частоты, однако существенное влияние на работу модулятора оказывают также помехи высших гармоник.

Практически такая схема компенсации снижает напряжение помехи до 1-2 мВ [1].

Если модулятор управляется напряжением прямоугольной формы, то сигнал помехи имеет вид коротких, но больших по амплитуде (до 150-200 мВ) импульсов, которые могут вызвать насыщение усилителя, включённого на выходе модулятора, и смещение нулевого уровня.

На рис. 7, д представлена однотактная параллельная схема, в которой выход модулятора подключается к дифференциальному входу операционного усилителя. В этой схеме исток ПТ подключается к общей точке через балансирующее сопротивление R2. Для окончательной регулировки вводится подстроечный конденсатор С_п. Введение внешнего подстроечного конденсатора не ухудшает температурной стабильности схемы, так как ёмкости

ПТ имеют низкий температурный коэффициент (0,02%/°С) [1]. В сбалансированной схеме, т. е. при R1=R2 и C_з.и=С_з.с, остаточное напряжение помехи практически отсутствует.

Некоторое снижение помех достигается применением модулятора с последовательно-параллельным включением ПТ (рис. 5, в). Основные характеристики этой схемы были приведены ранее. Использование в последовательно-параллельном модуляторе управляющих напряжений противоположной полярности приводит к некоторой компенсации остаточного напряжения помехи. Полной компенсации получить нельзя из-за неидентичности ПТ, работающих в паре, и зависимости ёмкостей затвор — канал от величины управляющего напряжения.

На рис. 8 изображена принципиальная схема последовательно-параллельного модулятора [11] с компенсацией импульсной помехи, для чего между коммутирующей цепью и сигнальной включена цепь компенсации, состоящая из резисторов R1-R4 конденсатора С2 и диода Д1 Модулятор коммутируется напряжением прямоугольной формы с частотой 1 кГц. По данным [1] модулятор обладает следующими параметрами: порог чувствительности около 5 мкВ, температурный дрейф в диапазоне температур -5..60°С не более 0,1 мкВ/°С, временной дрейф ±2 мкВ за 8 ч непрерывной работы.

Рис. 8. Практическая схема модулятора на полевых транзисторах с компенсацией импульсной помехи.

УСИЛИТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА КАНАЛА М-ДМ

Усилитель переменного тока канала М-ДМ должен иметь:

необходимый коэффициент усиления с требуемой стабильностью;
полосу пропускания, верхняя и нижняя границы которой отличаются от несущей частоты не менее чем в 5 раз;
большое входное сопротивление; малый уровень низкочастотных шумов; быстрое затухание переходного процесса после перегрузок.

Рис. 9. Схема усилителя несущей с разделенной нагрузкой.

Перечисленные требования сравнительно легко выполнить. Так как частота коммутации (модуляции) редко превышает 10-20 кГц, то в качестве усилителей переменного тока канала М-ДМ могут быть использованы почти все схемы УНЧ.

Применение полевые транзисторов во входных каскадах усилителей переменного тока позволяет получать входные сопротивления до десятков мегаом (в зависимости от частоты модуляции), что обеспечивает коэффициент преобразования М-ДМ систем, близкий к коэффициенту преобразования собственно модуляторов. Использование микросхем типа К2УС261-К2УС264 в качестве усилителей переменного тока позволяет сократить габариты и повысить надежность УПТ М-ДМ в целом.

В случае использования двухтактных модулятора и демодулятора целесообразно во входном каскаде усилителя несущей применять дифференциальную схему, а на выходе — каскад с разделенной нагрузкой. Принципиальная схема такого усилителя переменного тока изображена на рис. 9 [13]. Связь между каскадами непосредственная.

Термостабилизация достигается введением местных обратных связей и использованием дифференциальных усилителей. Для получения одинаковых выходных сопротивлений усилителя последовательно с выходом 1 установлен резистор R17.

ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ УПТ С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ

На рис. 10 приведена схема УПТ М-ДМ с использованием микросхем [12]. Особенность схемного решения этого усилителя состоит в том, что компенсация переходных процессов от перезаряда входных емкостей усилителя осуществляется не в модуляторе, а в первом каскаде усилителя несущей частоты. Компенсация достигается за счет того, что часть входного сигнала подается через переменный резистор R3 и конденсатор С1, минуя модулятор, на второй вход дифференциального усилителя К1УТ221А. При равенстве огибающей переходного процесса на одном входе дифференциального усилителя экспоненциальному напряжению на другом его входе в выходном напряжении будут полностью скомпенсированы переходные процессы. Равенство указанных напряжений достигается регулировкой R3. Переходные процессы будут скомпенсированы при выполнении двух условий: равенстве постоянных напряжений на конденсаторах С1 и С2 в начальный момент времени при любых изменениях Uвх и равенстве постоянных времени входных цепей дифференциального усилителя.

Рис. 10. Схема УПТ с преобразованием на ПТ и микросхемах.

Модулятор усилителя собран по последовательно-параллельной схеме на полевых транзисторах типа КП103. Делитель, изменяющий масштаб входного напряжения Uвх, состоит из потенциометра R3 и составного эмиттерного повторителя, служащего для развязки низкоомного потенциометра от источника входного сигнала. Трёхкаскадный усилитель несущей частоты (40 кГц) собран на трёх микросхемах типа К1УТ221А, коэффициент усиления каждого каскада регулируется резисторами обратной связи, помеченными на принципиальной схеме звездочками (R4, R6, R8, R10, R12, R14).

Упрощенная схема УПТ М-ДМ с модулятором и демодулятором на полевых транзисторах приведена на рис. 11 [14].

Рис. 11. Упрощенная схема УПТ М-ДМ.

Последовательно-параллельный модулятор на транзисторах Т1 и Т2 позволяет несколько понизить напряжение помех, возникающих при переключении ПТ. В качестве усилителя несущей частоты используется микросхема К2УС261, входной каскад которой выполнен на полевом транзисторе; это обеспечивает хорошее согласование между модулятором и усилителем несущей. Демодулятор УПТ выполнен также на полевых транзисторах, что позволило обойтись без фазирующего трансформатора в цепи управления.

Вместо обычного RC-фильтра нижних частот в УПТ используется активный фильтр-интегратор. В этом случае коэффициент усиления несущей частоты может быть снижен в Ки раз (Ки — коэффициент передачи активного фильтра-интегратора) и соответственно увеличена устойчивость всего УПТ [14].

Усилитель охвачен отрицательной обратной связью, которая с выхода активного фильтра вводится в цепь истока полевого транзистора Т2, причём коэффициент усиления УПТ определяется глубиной ООС и может регулироваться с помощью потенциометра R10.

Баланс нуля УПТ и регулирование уровня выходного сигнала осуществляется потенциометром R5 на входе активного фильтра-интегратора.

По данным [14] УПТ имеет следующие параметры: коэффициент усиления с разомкнутой обратной связью около 10⁶; дрейф нуля, приведенный ко входу за 7 ч. 2,0 мкВ, порог чувствительности 0,2 мкВ; температурный дрейф (в диапазоне температур +20…60°С) 0,2мкВ/°С.

В заключение отметим, что использование полевых транзисторов в схемах УПТ с М-ДМ позволяет улучшить метрологические характеристики, уменьшить габариты и массу, повысить надежность, а применение комплементарных схем с ПТ позволит в дальнейшем создавать схемы УПТ с преобразованием полностью в интегральном исполнении.

А.Г. Милехин

Литература:

1. Александров В. С, Прянишников В. А. Приборы для измерения малых напряжений и токов. М., «Энергия», 1971.
2. Гозлинг В. Применение полевых транзисторов. М., «Энергия», 1970.
3. Гальперин М. В., Злобин Ю. П. , Павленко В. А. Транзисторные усилители постоянного тока. М., «Энергия», 1972.
4. Гальперин М. В., Злобин Ю, П., Мелехова Г. Н. Полевые транзисторы КП102 в схемах усиления постоянного тока. — В кн.: Тенденции развития активных радиокомпонентов малой мощности. Новосибирск, «Наука», 1970.
5. Немчинов В. M., Сиколенко С. Ф. Температурный дрейф усилителя на полевом транзисторе с р-п-переходом. — «Полупроводниковые приборы в технике электросвязи», вып. 4, М., «Связь», 1969.
6. Голованов В. М. Подбор ПТ в пары для дифференциальных усилителей. — «Интегральные схемы», вып. 5. Новосибирск, «Наука», 1973.
7. Немчинов В. М. Параллельный балансный каскад на ПТ.- «Микроэлектроника», вып. 6. М., «Советское радио», 1973.
8. Назарян К. X., Прянишников В. А. Преобразователи напряжения и тока на полевых транзисторах. ЛДНТП, 1973.
9. Hitt J. J., Mosley G. FET chopper circuits for low lewel signals. — «IЕЕЕ Internat. Conf. Record», 1967, pt. 8.
10. Беленький Б. И., Минц М. Б. Высокочувствительные усилители постоянного тока с преобразователями. Л., «Энергия», 1970.
11. Калинчук Б. А., Пичугин О. Р. Модуляторы малых сигналов. М., «Энергия», 1972.
12. Ворожейкин А. И., Добровинский И. Р., Ломтев Б. А. Измерительный усилитель с модуляцией входного сигнала. — «Приборы и техника эксперимента», 1972, № 6.
13. Полонников Д. Е. Решающие усилители. М, «Энергия», 1973.
14. Хононзон Г. А, Гаркуша О. И., Лебакин Н. А. Высокостаьильный усилитель постоянного тока. — «Приборы и системы управления», 1974, №1

BACK MAIN PAGE

ТРАНЗИСТОР КАК УСИЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

ТРАНЗИСТОР КАК УСИЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

ТРАНЗИСТОР ДЛЯ УСИЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ Значения компонентов усилителя на транзисторах со связью сопротивления и емкости можно легко получить с помощью нескольких простых вычислений. Просто следуйте описанной процедуре.

Ллойд Батлер ВК5БР (Первоначально опубликовано на любительском радио в апреле 1990 г. )

Введение

При современном уровне развития техники корпус операционного усилителя хорошо зарекомендовал себя как средство получения усиления напряжения, и знание того, как проектировать усилители на дискретных транзисторах для этой цели, может показаться ненужным. Несмотря на это, схемы на дискретных транзисторах по-прежнему необходимы на частотах выше диапазона операционного усилителя и для некоторых специальных приложений, таких как усиление с низким уровнем шума, где дискретный транзистор часто может работать лучше, чем пакет усилителя.

В следующих параграфах мы обсудим факторы, определяющие коэффициент усиления транзисторного усилителя напряжения, и обсудим установленный метод определения номиналов компонентов в транзисторной схеме. Обсуждение будет сосредоточено на обычном методе соединения с емкостью сопротивления (RC) и включает такие эффекты, как нагрузка на следующем этапе. Обсуждение в основном касается биполярного транзистора, но оно также распространяется на проблему RC-соединений с полевым транзистором.

Коэффициент передачи по току H _fe И усиление каскада

Если вам нужно выбрать биполярный транзистор для усилителя, чтобы получить максимальный коэффициент усиления по напряжению, у вас может возникнуть соблазн выбрать транзистор с самым высоким коэффициентом передачи тока H _fe . На самом деле это было бы бесполезно, так как коэффициент усиления по напряжению существенно зависит от двух факторов, а именно от тока эмиттера (I _e ) и выходного сопротивления нагрузки (R _L ), но не от H _fe . С другой стороны, высокое значение H _fe может увеличить коэффициент усиления по напряжению предыдущего каскада. Если вас поразили эти утверждения, то просто читайте дальше.

Рисунок 1. Транзистор в качестве усилителя напряжения

На рис. 1 показан транзистор, работающий в качестве усилителя напряжения. Выходное переменное напряжение (E _или ) равно переменному току на коллекторе, умноженному на сопротивление нагрузки (R _L ), а переменный ток на коллекторе равен переменному току на базе (I _bac ), умноженному на H _fe , т.е.:

       E _o = I _bac . Н _и . R _L …………………. (1)

Переменный ток на базе равен входному напряжению переменного тока (E _i ) разделить на входное сопротивление транзистора (R _b ), то есть:

       I _bac = E _i / R _b ………………………..(2)

Замена (2 В (1) мы получаем:

E _O = (E _I . H _FE . R _L ) / R _B

и напряжение. / E _i

      = (H _fe . R _L ) / R _b . …………………… (3)

Исходя из выражения (3), коэффициент усиления по напряжению явно зависит от H _fe , но давайте теперь рассмотрим R _b . Согласно учебникам по теории, входное сопротивление (R _e ) транзистора с общей базой определяется следующим образом:

       R _e = (K.T)/(Q.I _e )

, где K = постоянная Больцмана
T = абсолютная температура
Q = заряд электрона
я _e = ток эмиттера в мА. При подключении с общим эмиттером вход к базе и входное сопротивление R _b . Ток базы равен току коллектора (I _c ), деленному на H _fe . Ток эмиттера (I _e ) = I _c + I _b . Однако I _b мал по сравнению с I _c , и для целей этого упражнения мы можем рассматривать I _e и I _c почти равны. Следовательно, при почти постоянном напряжении на переходе база/эмиттер с прямым смещением входное сопротивление (R _b ) умножается на H _fe . Таким образом мы получаем:

       R _b = (25.H _fe ) / I _e …………………….. (4)

Рисунок 2. Базовое напряжение В _be в зависимости от тока базы I _b для германиевого транзистора

Чтобы проиллюстрировать изменение базового сопротивления переменному току при изменении базового тока (I _b = I _e / H _fe ), показан рисунок 2. Обратите внимание, как наклон кривых (и, следовательно, значение R _b ) уменьшается по мере увеличения тока базы. R _b определяется отношением изменения напряжения база/эмиттер (V _до ) к изменению тока базы (I _b ), то есть Δ E _будет / Δ I _b .

Если теперь подставить выражение (4) вместо R _b в выражение (3), то получим дополнительное выражение для коэффициента усиления по напряжению:

       Коэффициент усиления по напряжению A _v = (H _fe . R _L . I _e ) / (25 . H _fe )
H _fe аннулируется, так что:

       Коэффициент усиления по напряжению A _v = (R _Л . I _e ) / 25…………. (5)

Обратите внимание, что расчет коэффициента усиления по напряжению теперь включает только значения R _L и I _e , а не H _fe , так что наш первый пункт был подтвержден.

Таким образом, напряжение сигнала на выходе транзисторного каскада пропорционально току входного сигнала, подаваемого на базу транзистора, умноженному на выходное сопротивление нагрузки (R _L ) и коэффициент передачи тока (H _и ). Ток входного сигнала равен напряжению сигнала на входе, деленному на базовое сопротивление переменного тока. Это базовое сопротивление (R _b ) является обратной функцией тока, протекающего в эмиттере, но оно также пропорционально коэффициенту передачи тока. Оценивая отношение напряжения выходного сигнала к напряжению входного сигнала (т. е. коэффициент усиления по напряжению A _v ) по этим факторам, мы обнаруживаем, что коэффициент передачи тока может быть исключен из окончательной формулы, а рассчитанное усиление по напряжению практически не зависит от значения Текущий коэффициент передачи.

Предыдущий этап

Рис. 3. Эффективное сопротивление нагрузки каскада V1 является параллельным результатом RL, R1, R2
и базового сопротивления V2 (Rb2)

В качестве дальнейшего упражнения давайте рассмотрим усилительный каскад, показанный как V2 на рисунке 3. Ссылаясь на предыдущие параграфы, мы видели, что его коэффициент усиления по напряжению не зависит от H _fe , но мы также видели в выражении (4), что R _b напрямую связан с H _fe , а низкое значение H _fe означает низкое значение R _b .

Теперь рассмотрим усиление предыдущего каскада V1. Сопротивление нагрузки коллектора этого каскада является параллельным результатом резистора коллектора RL1, резисторов смещения базы V2 каскада R1 — R2 и входного сопротивления R _b V2. R _b обычно является наименьшим значением, что делает его основным фактором при установке сопротивления нагрузки V1. Возвращаясь к выражению (5), видим, что при заданном значении I _e в V1, коэффициент усиления по напряжению V l управляется сопротивлением нагрузки, которое по существу является значением R _b в V2. Высокое значение H _fe в V2 дает высокое значение R _b в V2, и это отражается как высокое усиление в V1. Это подтверждает второй пункт, который был сделан ранее.

Схема

Конструкция каскада усилителя напряжения на транзисторах, как показано на рисунке 4, действительно довольно проста. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, который устанавливает базовое опорное напряжение. Резистор Re обеспечивает обратную связь по постоянному току для стабилизации тока эмиттера и, следовательно, рабочей точки транзистора. Резистор RL является сопротивлением нагрузки коллектора.

Рис. 4. Стабилизированный усилительный каскад.

Прежде всего необходимо решить, какой ток эмиттера следует использовать. Ток около 1 мА обычно вполне достаточен для усиления звука, если нет особых причин для выбора другого. Если требуется ступень с низким уровнем шума, например, следующая за низкоуровневым микрофоном с высоким импедансом, может потребоваться меньший ток. По этому поводу отсылаем читателя к статье писателя «Шум усилителя», опубликованной в «Радиолюбителе» 19 ноября.85. С другой стороны, на более высоких частотах часто требуется более высокий ток, и это будет обсуждаться позже.

Следующим решением является выбор напряжения эмиттера (В _и ). Чем выше это напряжение, тем больше стабильность эмиттерного тока при изменении температуры и изменении значения H _fe . Значение V _e около 1-2 вольт обычно является удовлетворительным. Если напряжение питания V _cc составляет около 12 вольт, можно выбрать V _и = 2В. Для V _cc = 6 В значение V _e = 1 В может быть максимально возможным. Резистор Re рассчитывают следующим образом:

       Re = V _e / I _e

Теперь вычислите напряжение на базе. Для германиевого транзистора это почти на 0,2 В больше, чем на эмиттере. Для кремниевого транзистора это почти на 0,7 вольт выше, чем на эмиттере. Конечно, этот дифференциал представляет собой просто прямое падение напряжения на переходе база-эмиттерный диод.

Ток базы равен току коллектора (или току эмиттера), деленному на H _fe . (Обратите внимание, что ток коллектора почти равен току эмиттера.) Идея состоит в том, чтобы пропустить через делитель R1-R2 ток, примерно в 10 раз превышающий ток базы, чтобы базовое напряжение оставалось постоянным, почти независимым от тока базы. Рассчитываем значения сопротивления следующим образом:

       R1 = (V _cc — V _b ) / 10 . я _б )
= H _fe . (В _куб.см — В _б ) / 10 . I _e )

       R2 = V _b / (9 . I _b )
= (H _fe . V _b ) / (9 . I _e )

Причина, по которой вычисление R2 делится на 9.Ib, а не на 10.Ib, заключается в том, что одна десятая часть тока проходит в саму базу.

Все, что нам нужно сделать сейчас, это вычислить значение для RL, чтобы рабочая точка была установлена ​​правильно. Что касается сигнала, доступное напряжение питания составляет (V _cc — V _e ), и для использования одинакового размаха напряжения по обе стороны от рабочей точки напряжение коллектора V _c устанавливается на полпути. между V _куб.см и V _e . Для РЛ рассчитываем следующим образом:

       RL = (V _{куб. см} — V _e ) / (2. I _e )

Операция показана на рис. 5 линией нагрузки A для RL. Обратите внимание, что рабочая точка установлена ​​на половине доступного напряжения питания.

Рисунок 5. Линии нагрузки для усилительного каскада. A = Линия нагрузки только для коллекторного резистора (RL)    {Максимальное размах напряжения сигнала (1)       приближается к половине напряжения питания}. B = Линия нагрузки с подключенной нагрузкой    {Максимальное колебание напряжения сигнала (2)       уменьшается}.

Влияние связанной нагрузки

Как обсуждалось ранее, одним из эффектов связанной нагрузки, такой как ведомый транзистор, является снижение эффективного сопротивления нагрузки и уменьшение коэффициента усиления каскада. Другой эффект заключается в снижении максимально достижимого размаха напряжения сигнала. Это показано на рис. 5 линией нагрузки B для полной параллельной нагрузки.

Одним из способов увеличения максимального размаха напряжения сигнала является уменьшение значения RL. Это, конечно, означает, что схема рассчитана на более высокое значение тока коллектора.

Еще один способ увеличить максимальное размах напряжения сигнала — уменьшить сигнальную нагрузку за счет связи через каскад эмиттерного повторителя, как показано на рис. 6. Повторитель характеризуется высоким входным сопротивлением, что снижает сигнальную нагрузку. Он также обеспечивает источник сигнала с низким сопротивлением для управления выходной схемой или другим каскадом.

Рис. 6. Эмиттерный повторитель снижает сигнальную нагрузку.

Полевой транзистор и RC-соединение

Как следует из нашего предыдущего обсуждения, рабочее напряжение коллектора правильно устанавливается путем выбора сопротивления нагрузки коллектора RL для потери напряжения, равной половине доступного напряжения питания. В схеме на рис. 4 ток коллектора точно задается значениями R1, R2 и Re и практически не зависит от какого-либо разброса характеристик биполярного транзистора. В случае полевого транзистора (FET) использование RC-цепи может представлять собой настоящую проблему, когда сопротивление нагрузки помещается в цепь стока. Ток стока определяется напряжением смещения, приложенным к затвору полевого транзистора, и, к сожалению, характеристика тока стока по отношению к напряжению на затворе полевого транзистора варьируется от образца к образцу одного и того же типа транзистора. Если используется сток с резистивной нагрузкой, смещение затвора должно быть установлено в соответствии с индивидуальным транзистором.

На радиочастотах можно обойтись без резистора стока, подключив его через ВЧ-дроссель, первичную обмотку трансформатора или настроенную цепь последовательно со стоком.

Конденсаторы

Чтобы завершить обсуждение конструкции базовой схемы (рис. 4), нам еще нужно выбрать конденсаторы. Резистор Re используется для обеспечения обратной связи по постоянному току для стабилизации рабочей точки, но он должен быть зашунтирован конденсатором Ce для предотвращения отрицательной обратной связи на частоте сигнала. Хорошим правилом является выбор значения Ce таким, чтобы его реактивное сопротивление не превышало одной десятой значения Re на самой низкой рабочей частоте.

Конденсатор Cc обеспечивает изоляцию по постоянному току между цепью коллектора и последующей цепью нагрузки или следующей ступенью. Значение его емкости выбирается таким образом, чтобы его реактивное сопротивление не превышало отраженного сопротивления нагрузки (возможно, базового сопротивления следующего каскада) на самой низкой рабочей частоте. Если сопротивление равно этому сопротивлению, оно даст потери 3 дБ на этой частоте, чтобы сформировать низкочастотный полюс.

Высокочастотный режим

Ранее было заявлено, что ток коллектора (и эмиттера) около 1 мА обычно подходит для усилителей напряжения звуковой частоты. При более высоких частотах ток коллектора должен быть увеличен. Причина этого в том, что значение сопротивления нагрузки RL должно быть уменьшено, чтобы сделать его низким по отношению к шунтирующему емкостному сопротивлению, присущему выходу транзистора и входу следующего каскада. По мере увеличения частоты реактивное сопротивление шунта становится ниже, и, следовательно, RL также необходимо уменьшить. Чтобы поддерживать напряжение коллектора на уровне половины доступного напряжения питания, ток коллектора должен быть увеличен с пропорциональным уменьшением значений R1. R2 и Ре. Возвращаясь к выражению (5), усиление теряется при меньшем значении RL, но это компенсируется увеличением I _е .

В предыдущем абзаце мы специально обсуждали каскады с RC-цепочкой, подразумевающие широкополосную работу. На радиочастотах мы могли бы настроить усилитель и включить шунтирующую емкость как часть настроенной схемы, чтобы сформировать высокий импеданс нагрузки для обеспечения более высокого коэффициента усиления. Поскольку наша тема в основном связана с RC-ступенями, мы не будем останавливаться на этом конкретном приложении.

Последователь эмиттера

Эмиттерный повторитель — очень полезная форма усилителя напряжения. Он имеет высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление и коэффициент усиления чуть меньше единицы. Его входное сопротивление примерно равно сопротивлению нагрузки на его выходной цепи, умноженному на Hfe. Если используются стабилизирующие резисторы базы, как показано R1 и R2 на рис. 7, они также должны рассматриваться как часть входного сопротивления, включенного параллельно, и фактически при использовании они обычно являются основным фактором, определяющим входное сопротивление.

Рис. 7. Эмиттерный повторитель

Выходное сопротивление источника примерно равно сопротивлению источника, управляющего повторителем, деленному на H _fe . При расчете выходного сопротивления источника резисторы R1 и R2 также должны учитываться как параллельные входному источнику. Если повторный каскад имеет резистивно-емкостную связь с предыдущей коллекторной схемой, резистор нагрузки коллектора можно принять за сопротивление истока, поскольку собственное выходное сопротивление каскада с общим эмиттером очень велико по сравнению со значением этого резистора.

Расчет R1 и R2 такой же, как описано ранее для усилителя с общим эмиттером, за исключением того, что базовое напряжение V _b делается равным половине напряжения питания (V _cc ) плюс напряжение между базой и эмиттерным диодом (0,2 В). для германия и 0,7В для кремния). Напряжение эмиттера тогда равно половине В _cc , чтобы обеспечить одинаковый размах напряжения сигнала по обе стороны от рабочей точки, и

   Re = V _cc /2. я _и .

Проблема связанной нагрузки, ограничивающей колебание напряжения сигнала, по-прежнему относится к каскаду эмиттерного повторителя, и выбор тока эмиттера (I _e ) зависит только от того, какое значение сопротивления связанной нагрузки должно управляться и какое напряжение сигнала требуется. через это сопротивление. Для связанных нагрузок с низким сопротивлением часто требуется довольно большой ток эмиттера при низких значениях Re, R1 и R2 и, следовательно, транзистор с высокой рассеиваемой мощностью.

Определение фиксированного усиления каскада

Отрицательную обратную связь можно использовать на любом усилителе для достижения определенного коэффициента усиления каскада. Обеспечение усиления с обратной связью является низким значением по сравнению с без обратной связи, усиление устанавливается исключительно компонентами, которые определяют пропорцию обратной связи. Этот принцип хорошо зарекомендовал себя в применении операционных усилителей. В случае каскада с одним транзистором обратная связь может быть достигнута удалением эмиттерного шунтирующего конденсатора или разделением эмиттерного резистора на два отдельных компонента, только один из которых шунтируется, как показано на рис. 8.

Рис. 8. Усилитель с заданным усилением каскада

Если результирующий коэффициент усиления мал по сравнению с коэффициентом без обратной связи, коэффициент усиления по напряжению равен отношению (Re1 + RL _t ) / Re1. Значение RL _t является эффективной нагрузкой и параллельным результатом RL и связанной отраженной нагрузки. Чтобы определить значения Re1 и Re2, рассчитайте следующим образом:

       Re1 = RL _t / (A _f — 1)
где A _f — желаемое усиление

       Re2 = Re — Re1
&nbsp где Re — значение, рассчитанное для установки тока эмиттера на желаемую цифру.

Стабильные коэффициенты усиления по напряжению, определяемые Re и RL _t , достижимы до значения около 10. Выше этого коэффициента усиления транзистора в контуре усилителя недостаточно, чтобы поддерживать зависимость только от коэффициента обратной связи, и тогда коэффициент усиления с обратной связью равен также функция усиления усилителя без обратной связи. то есть

             A _f = A _v / (1 + βA _v )
Где A _v = усиление без обратной связи
и β = коэффициент обратной связи или пропорция обратной связи.

Усиление напряжения и мощности

Определения усиления напряжения и усиления мощности восходят ко временам ламповых усилителей. Основой этих определений является то, что в режиме работы класса А клапан не потребляет энергию в своей сети управления, и требование состоит в том, чтобы подавать в свою сеть сигнальное напряжение, а не сигнальную мощность. Последний каскад представляет собой усилитель мощности, потому что он должен подавать питание на громкоговоритель или другую нагрузку. Все предыдущие драйверные каскады являются усилителями напряжения, и их функция заключается в повышении уровня сигнала до уровня, необходимого для управления усилителем мощности. Усилители на полевых транзисторах с их высоким входным сопротивлением можно рассматривать в том же свете, но автору вполне может быть предложено определить каскад на биполярных транзисторах как усилитель напряжения, когда требуется управлять другим каскадом на биполярных транзисторах. Транзистор управляется сигнальным током, и, следовательно, следующий каскад потребляет энергию. Если быть педантичным, предыдущий каскад вполне можно рассматривать как усилитель мощности. Несмотря на это, обсуждаемый анализ схемы был выполнен на основе коэффициента усиления по напряжению каскада, и поэтому связанные каскады рассматривались как усилители напряжения. Затем эта концепция анализа делает ее совместимой с анализом усилителя на полевых транзисторах, лампового усилителя и схемы операционного усилителя.

Сводка

Было представлено краткое обсуждение транзисторного усилителя напряжения с особым упором на связь сопротивления с емкостью. В обсуждение включены расчет коэффициента усиления каскада и метод получения номиналов компонентов в схеме усилителя. Также включены влияние связанной нагрузки на усиление и максимальный размах напряжения сигнала, а также введение в эмиттерный повторитель и усилители со стабилизированным усилением.

Дополнение (отсутствует в оригинальной статье) — короткий путь

Чтобы сэкономить на формулах, в общем случае вы можете использовать более короткий путь, чтобы определить значения сопротивления для биполярного каскада RC с использованием кремниевого транзистора.

Выберите ток эмиттера равным 1 мА.
Установите эмиттерный резистор на 1500 Ом.
Установите коллекторный резистор наполовину (V _cc — 1,5) x 1000 Ом
Предположим, ч _fe около 100 и:
Установить базовый резистор R1 = (В _куб.см — 2,2) x 10000 Ом
Установите базовый резистор R2 на 24 000 Ом

Это должно обеспечить напряжение эмиттера 1,5 В и напряжение коллектора, установленное посередине между V _cc и напряжением эмиттера, чтобы добиться одинакового положительного и отрицательного размаха сигнала.

Символы, используемые в тексте

E _i = Входное напряжение сигнала
E _o = выходное напряжение сигнала
H _fe = Коэффициент передачи слабого сигнала вперед (или α)
R _L = сопротивление нагрузки на коллекторе
RL = Коллекторный резистор (соответствует R _L для ненагруженной ступени)
R _b = Базовое входное сопротивление
R _e = Входное сопротивление эмиттера
I _c = Ток коллектора в мА
I _e = Ток эмиттера в мА
я _b = базовый ток в мА
I _bac = Ток сигнала переменного тока на базе
A _v = усиление каскада без обратной связи
Af = усиление каскада с обратной связью
β = Коэффициент обратной связи

Вернуться на домашнюю страницу

Транзистор как усилитель напряжения

Друкен

Lieferzeit:

Versandkostenfrei ab 300,- €

Nach oben

Юридический

• Контакт
• общие положения и условия 907:20
• Декларация о конфиденциальности
• Выходные данные

Служба

• Обзор Услуги 907:20
• Загрузки
• Каталоги
• Вебинары и видео 907:20
• Связаться со службой поддержки клиентов

Компания

• О нас 907:20
• Политика качества
• Безопасность в классе

Обратите внимание:

* Цены указаны с учетом НДС.

Мы поставляем только компании, учреждения и учебные заведения. Нет продажи частным лицам.

Обратите внимание: в соответствии с регламентом ЕС 1272/2008 CLP компания PHYWE не продает химические вещества населению. Мы принимаем заказы только от реселлеров, профессиональных пользователей и исследовательских, учебных и образовательных учреждений.

Пожалуйста, введите имя, под которым ваша корзина должна быть сохранена.
Сохраненные корзины покупок можно найти в разделе Моя учетная запись .

Название корзины покупок

---

Усилитель напряжения на основе органического электрохимического транзистора

1. Rivera-Ruiz M., Cajavilca C., Varon J., Tex. Heart Inst. Дж. 2008, 35, 174. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

2. Бужаки Г., Анастассиу К. А., Кох К., Нац. Преподобный Нейроски. 2012, 13, 407. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

3. Вебстер Дж. Г., IEEE Trans. Биомед. англ. 1984, 31, 823. [PubMed] [Google Scholar]

4. Kittlesen G.P., White H.S., Wrighton M.S., J. Am. хим. соц. 1984, 106, 7389. [Google Scholar]

5. Нильссон Д., Чен М., Куглер Т., Ремонен Т., Армгарт М., Берггрен М., Adv. Матер. 2002, 14, 51. [Google Scholar]

6. Ходахоли Д., Ривнай Дж., Сессоло М., Гурфинкель М., Леле П., Джимисон Л. Х., Ставриниду Э., Эрве Т., Санаур С., Оуэнс Р. М., Маллиарас Г. Г., Nat. коммун. 2013, 4, 2133. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

7. Isaksson J., Kjäll P., Nilsson D., Robinson N., Berggren M., Richter-Dahlfors A., Nat. Матер. 2007, 6, 673. [PubMed] [Google Scholar]

8. Rivnay J., Owens R.M., Malliaras G.G., Chem. Матер. 2014, 26, 679. [Google Scholar]

9. Ставриниду Э., Лелё П., Раджаона Х., Ходахоли Д., Ривнай Дж., Линдау М., Санаур С., Маллиарас Г. Г., Adv. Матер. 2013, 25, 4488. [PubMed] [Google Scholar]

10. Ривнай Дж., Леле П., Ферро М., Сессоло М., Уильямсон А., Куцурас Д. А., Ходахолы Д., Рамюз М., Стракосас Х., Оуэнс Р. М., Бенар К., Бадье Дж.-М., Бернар C., Маллиарас Г.Г., Sci. Доп. 2015, 1, e1400251. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

11. Сессоло М., Ходаголы Д., Ривнай Дж., Маддалена Ф., Глейзес М., Стейдл Э., Буиссон Б., Маллиарас Г.Г., Adv. Матер. 2013, 25, 2135. [PubMed] [Google Scholar]

12. Андерссон П., Нильссон Д., Свенссон П.-О., Чен М., Мальмстрем А., Ремонен Т., Куглер Т., Берггрен М., Adv. Матер. 2002, 14, 1460. [Google Scholar]

13. Basiricò L., Cosseddu P., Scidà A., Fraboni B., Malliaras G.G., Bonfiglio A., Org. Электрон. 2012, 13, 244. [Google Scholar]

14. Нильссон Д., Куглер Т., Свенссон П.-О., Берггрен М., Сенсорные приводы, Б. 2002, 86, 193. [Google Академия]

15. Ставриниду Э., Габриэльссон Р., Гомес Э., Криспин Х., Нильссон О., Саймон Д. Т., Берггрен М., Sci. Доп. 2015, 1, e1501136. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

16. Sessolo M., Rivnay J., Bandiello E., Malliaras G.G., Bolink H.J., Adv. Матер. 2014, 26, 4803. [PubMed] [Google Scholar]

17. Тан Х., Ян Ф., Линь П., Сюй Дж., Чан Х.Л.В., Adv. Функц. Матер. 2011, 21, 2264. [Google Scholar]

18. Линь П., Луо С., Син И.-М., Ян Ф., Adv. Матер. 2011, 23, 4035. [PubMed] [Google Scholar]

19. Ramuz M., Hama A., Huerta M., Rivnay J., Leleux P., Owens R.M., Adv. Матер. 2014, 26, 7083. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

20. Ходахоли Д., Дублет Т., Киличини П., Гурфинкель М., Леле П., Гестем А., Исмаилова Э., Эрве Т., Санаур С., Бернар К., Маллиарас Г. Г., Нац. коммун. 2013, 4, 1575. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

21. Юэн Дж. Д., Дхут А. С., Намдас Э. Б., Коутс Н. Э., Хини М., Маккаллох И., Мозес Д., Хигер А. Дж., Дж. Ам. хим. соц. 2007, 129, 14367. [PubMed] [Google Scholar]

22. Кампана А., Крамер Т., Саймон Д.Т., Берггрен М., Бискарини Ф., Adv. Матер. 2014, 26, 3874. [PubMed] [Google Scholar]

23. Койл С., Лау К.-Т., Мойна Н., О’Горман Д., Даймонд Д., Ди Франческо Ф., Костанцо Д., Сальво П., Тривелла М. Г., Де Росси Д. Э., Такчини Н., Парадизо R., Porchet J.-A., Ridolfi A., Luprano J., Chuzel C., Lanier T., Revol-Cavalier F., Schoumacker S., Mourier V., Chartier I., Convert R., De- Moncuit H., Bini C., IEEE Trans. Инф. Технол. Биомед. 2010, 14, 364. [PubMed] [Google Scholar]

24. Пантелопулос А., Бурбакис Н. Г., IEEE Trans. Сист. Man Cybern., Часть C: Appl. преп. 2010, 40, 1. [Google Scholar]

25. Фенсли Р., Гуннарсон Э., Гундерсен Т., на 18-й конференции IEEE Symp. вычисл. На базе мед. Сист. CBMS05, Тринити-колледж в Дублине, IEEE, 2005 г., стр. 407–412. [Google Scholar]

26. Yi Z., Natale G., Kumar P., Mauro E.D., Heuzey M.-C., Soavi F., Perepichka I.I., Varshney S.K., Santato C., Cicoira F., J. Mater. хим. С 2015, 3, 6549. [Google Scholar]

27. Takamatsu S., Lonjaret T., Crisp D., Badier J.‐M., Malliaras G.G., Ismailova E., Sci. Респ. 2015, 5, 15003. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

28. Ривнай Дж., Леле П., Сессоло М., Ходахоли Д., Эрве Т., Фиокки М., Маллиарас Г.Г., Adv. Матер. 2013, 25, 7010. [PubMed] [Google Scholar]

29. Чоу С.Ю., Антониадис Д., IEEE Trans. Электронные устройства 1987, 34, 448. [Google Scholar]

30. Бернардс Д. А., Маллиарас Г. Г., Adv. Функц. Матер. 2007, 17, 3538. [Google Scholar]

31. Фридлейн Дж. Т., Шахин С. Э., Маллиарас Г. Г., Маклеод Р. Р., Adv. Электрон. Матер. 2015, 1, 1500189. [Google Scholar]

32. Зулиас Э., Варкараки Э., Лимберопулос Н., Христодулу С. Н., Карагиоргис Г. Н., TCJST 2004, 4, 41. [Google Scholar]

33. Ferree T.C., Luu P., Russell G.S., Tucker D.M., Clin. Нейрофизиол. 2001, 112, 536. [PubMed] [Google Scholar]

34. Zywietz C., Willems J.L., Arnaud P., van Bemmel J.H., Degani R., Macfarlane P.W., Comput. Биомед. Рез. 1990, 23, 10. [PubMed] [Google Scholar]

35. Мейсон Р. Э., Ликар И., Ам. Сердце Дж. 1966, 71, 196. [PubMed] [Google Scholar]

36. Leleux P., Rivnay J., Lonjaret T., Badier J.-M., Bénar C., Herve T., Chauvel P., Malliaras G.G., Adv. Здоровьеc. Матер. 2015, 4, 142. [PubMed] [Google Scholar]

37. Advanced Methods and Tools for ECG Data Analysis (Ed: Clifford G.D.), Artech House, Boston, MA: 2006. [Google Scholar]

Анализ цепи с общим эмиттером A Meter

Электронные транзисторы — это небольшие устройства, которые используются для управления потоком тока в цепи.

Транзистор — очень важный электронный компонент, используемый в цепях, поскольку его можно модифицировать, чтобы он действовал как другие электронные компоненты, такие как переключатель, осциллятор и т. д.

Таким же образом мы можем использовать транзистор в качестве усилителя. Он используется, когда входной сигнал в цепи слабый.

Мы написали подробное и понятное руководство по электронному транзистору и работе с транзистором. Мы рекомендуем вам ознакомиться с этими статьями, прежде чем читать дальше.

Итак, в этой статье мы расскажем о транзисторе как об усилителе.

Транзистор в качестве усилителя

Транзисторный усилитель представляет собой устройство, в котором мы конфигурируем транзистор NPN в конфигурации транзистора с общим эмиттером.

Транзисторная схема, которая может повысить силу входного сигнала в цепи, известна как транзисторный усилитель. Он также известен как транзистор с общим эмиттером или усилитель.

Объяснение работы транзисторного усилителя требует знаний об усилении и усилителе. Я настоятельно рекомендую прочитать наши статьи по теории схем усилителей. Схема транзисторного усилителя

На приведенной выше схеме показано базовое устройство NPN-транзистора в качестве транзисторного усилителя.

Рекламные ссылки

Как показано на рисунке выше, мы подаем входной сигнал, который имеет слабую силу, между переходом эмиттер-база и принимает выход через нагрузку R _c , включенную в коллекторную цепь.

Для максимального усиления всегда убедитесь, что входная цепь имеет прямое смещение, а выходная цепь — обратное.

Для этой цели мы подаем напряжение постоянного тока, т. е. В _EE , во входную цепь в дополнение к сигналу, как показано на рисунке выше.

Это напряжение постоянного тока известно как напряжение смещения, и его величина такова, что оно всегда поддерживает прямое смещение входной цепи, несмотря на полярность сигнала.

Поскольку мы знаем, что входная цепь имеет низкое сопротивление, небольшое изменение напряжения сигнала, происходящее на входной цепи, приводит к заметному изменению тока эмиттера.

Из-за работы транзистора изменение тока эмиттера вызывает аналогичное изменение в цепи коллектора.

Теперь ток коллектора, протекающий через высокое сопротивление нагрузки R _c , создает на нем большое напряжение.

Итак, слабый сигнал, подаваемый во входную цепь, проявляется в усиленном виде в коллекторной цепи. Таким образом, транзистор действует как усилитель.

Рекомендуем прочитать: схема транзисторного генератора, работа и объяснение

Работа усилителя с общим эмиттером

Как правило, в большинстве электронных схем мы используем наиболее распространенную конфигурацию схемы для транзистора NPN , т. е. схему усилителя с общим эмиттером.

Смещение транзисторного усилителя:

Рассмотрим схему однокаскадного усилителя с общим эмиттером. Это также широко известно как схема смещения делителя напряжения.

Эта система смещения в основном использует два резистора в качестве сети делителя напряжения поперек источника питания, с их центральной точкой он подает требуемое базовое напряжение смещения на транзистор. Этот тип смещения обычно используется при разработке схем усилителей на биполярных транзисторах.

 В этом типе смещения транзистор значительно снижает влияние коэффициента усиления тока β, удерживая базовое смещение на постоянном постоянном уровне напряжения и обеспечивая точную стабильность.

Базовое напряжение V _b рассчитывается с помощью сети делителя потенциала, образованной двумя резисторами, и напряжения источника питания V _cc .        Схема усилителя с общим эмиттером Рекламные ссылки

Как показано на рисунке выше, полное сопротивление равно сумме двух сопротивлений, т.е. R ₁ и R ₂ .

Уровень напряжения, генерируемый на соединении резисторов R ₁ и R ₂ , удерживает базовое напряжение постоянным на уровне ниже напряжения питания.

Опорное напряжение смещения можно рассчитать по простой формуле делителя напряжения: то же напряжение питания также определяет максимальный ток коллектора при включении транзистора «Полностью включен» т.е. в режиме насыщения.

Примечание: β имеет без единиц измерения , так как это фиксированное отношение двух токов, I _c и I _b , поэтому небольшое изменение тока базы вызовет большое изменение тока коллектора .

Характеристики транзистора с общим эмиттером

Как и другие транзисторы, транзистор CE также имеет различные характеристики, такие как коэффициент усиления, сопротивление, импеданс и т. д. В этом разделе мы рассмотрим

Коэффициент усиления по напряжению с общим эмиттером

Коэффициент усиления по напряжению с общим эмиттером равен отношению изменения входного напряжения к изменению выходного напряжения усилителя. Рассмотрим V _из как Δ V _L , а V _из как Δ V _{B. эмиттер задается как:}

Коэффициент усиления по напряжению = В _вых  / V _in

                            = Δ V _L / Δ V _B

                                = – R _L / R _E

With the help of above equation, you can easily calculate коэффициент усиления по напряжению в цепи с общим эмиттером.

Как мы знаем, биполярные транзисторы также имеют небольшое внутреннее сопротивление, встроенное в их эмиттерную область, то есть R _e . Когда внутреннее сопротивление эмиттера включено последовательно с внешним сопротивлением, модифицированное уравнение коэффициента усиления по напряжению записывается следующим образом:

Коэффициент усиления по напряжению = – R _L / (R _E + R _e )

На низких частотах полное сопротивление в цепи эмиттера равно сумме внутреннего сопротивления и внешнего сопротивления например, R _E + R _e

Для этой схемы усилителя с общим эмиттером усиление по напряжению на высоких и низких частотах определяется как:

На высоких частотах:

дается как:

Коэффициент усиления по напряжению = – R _L / R _E

На низкой частоте:

Коэффициент усиления на низкой частоте определяется как:

0 R _E + R _e )

С помощью этих формул можно легко рассчитать коэффициент усиления по напряжению схемы усилителя.

Пример

Работа транзистора в качестве усилителя может быть более наглядной, если мы рассмотрим типовые значения схемы. Рассмотрим значение сопротивления нагрузки коллектора = 4 кОм. Теперь предположим, что изменение напряжения сигнала на 0,1 В приводит к изменению тока эмиттера на 1 мА.

Очевидно, что из-за работы транзистора изменение тока эмиттера равно изменению тока коллектора. Следовательно, изменение тока коллектора также будет примерно на 1 мА.

Этот ток коллектора, протекающий через нагрузку коллектора R _c , создает напряжение, равное 4 кОм x 1 мА = 4 В. Таким образом, изменение сигнала на 0,1 В вызвало изменение выходной цепи на 4 В.

Следовательно, вы можете видеть, что транзистор смог поднять уровень напряжения сигнала с 0,1В до 4В, т.е. усиление напряжения цепи составляет 40.

Усилитель с общим эмиттером Применение

Усилитель с общим эмиттером используется там, где транзистор используется для усиления сигнала. Наиболее распространенные применения:

1. Коэффициент усиления по току усилителя CE больше, чем коэффициент усиления по напряжению. Поэтому они используются в качестве усилителя тока.
2. В радиочастотных схемах.
3. В цепях с более низкими значениями шума и его усиления.

Надеюсь, вам понравилась эта статья. Для любых предложений, пожалуйста, прокомментируйте ниже. Мы всегда ценим ваши предложения.

Факты о транзисторных усилителях: 7 классификаций и 4 типа . Однако транзисторы использовались в качестве усилителей в различных схемах и различных каскадах, режимах, конфигурациях и т. д. Это также будет обсуждаться.

Хотя существует разнообразная классификация усилителей по разным параметрам, они следующие:

Классификация транзисторных усилителей

Транзисторные усилители Класс: по количеству каскадов

По количеству каскадов усиления транзисторные усилители бывают двух классов:

6 Усилитель ступени

— Схема, состоящая из одной транзисторной схемы только для ступени усиления.

Многокаскадный усилитель

— Эта схема имеет несколько транзисторных цепей, которые отвечают за многоступенчатое усиление в процессе работы.

Транзисторный усилитель Класс: по входному сигналу

По уровню входного сигнала классификация следующая: Усилитель слабого сигнала

— Если входной сигнал очень слаб, чтобы генерировать незначительные или незначительные колебания тока коллектора, чем значение покоя, то это называется схемой усилителя слабого сигнала.

Усилитель большого сигнала

− Если колебания тока коллектора должны быть достаточно высокими, то это называется схемой усилителя большого сигнала.

Класс по выходу

Если выход рассматривать как параметры, то усилитель может быть двух типов. Это усилители напряжения и усилители мощности.

Усилитель напряжения

− Это схема усилителя, которая увеличивает уровень напряжения входного сигнала (В ₀ ) называется усилителем напряжения.

Усилитель мощности

— Схема усилителя, повышающая уровень мощности входного сигнала (P ₀ ), называется усилителем мощности.

Транзисторный усилитель Класс: по диапазону частот

По частоте сигналов. диапазон, есть два типа аудиоусилителя и радиоусилителя.

Аудиоусилитель

— Схема аудиоусилителя, способная усиливать входной сигнал в диапазоне, отмеченном для аудиосигналов, т. Е. Диапазон частот: от 20 Гц до 20 кГц.

Радиоусилитель

− Радиоусилитель, способный усиливать входной сигнал в диапазоне радиочастот или лежать в диапазоне очень высоких частот. диапазон.

Транзисторный усилитель Класс: по смещению и режиму

По смещению и режиму работы классифицируются транзисторные усилители класса A, класса B, класса C и класса AB. Условие следующее:

Усилитель класса A

− Ток коллектора, проходящий через весь цикл (один цикл) приложенного сигнала переменного тока.

Усилитель класса B

− Ток коллектора, проходящий через полупериод (равный 0,5 цикла) приложенного входного сигнала альтернативного тока.

Усилитель класса C

− Ток коллектора, переносимый менее чем за половину периода (< 0,5 цикла) приложенного входного сигнала альтернативного тока.

Усилители класса AB

− Усилители класса AB: Усилители класса AB образуются путем объединения классов A и B. Это помогает достичь всех успехов, а также устраняет негативы.

Транзисторный усилитель Класс: На основе конфигурации

Классы транзисторного усилителя: Существует три типа на основе конфигурации. Это типы Common Emitter, Common Collector и Common Base.

C E или конфигурация усилителя с общим эмиттером

— Схема усилителя, сформированная с использованием комбинации транзисторов, сконфигурированных с общим эмиттером, называется усилителем CE.

C B или конфигурация усилителя с общей базой

— Схема усилителя, сформированная с использованием комбинации транзисторов с общей базой, называется усилителем CB.

CC или конфигурация усилителя с общим коллектором

— Схема усилителя, сформированная с использованием комбинации транзисторов, сконфигурированных с общим коллектором, называется усилителем CC.

Транзисторный усилитель Класс: На основе метода соединения

Существует три типа на основе метода соединения. Это — резисторно-емкостная связь, трансформаторная связь и последняя — прямая связь.

Усилитель с прямой связью

− Если многокаскадный усилитель соединен непосредственно с последующим каскадом.

Усилитель с RC-связью

— Многокаскадный усилитель, соединенный с последующим каскадом с помощью резистивного и емкостного (RC) элементов через комбинированную схему, тогда он называется усилителем с RC-связью.

Усилитель с трансформаторной связью

− Многоступенчатый усилитель, соединенный с последующим каскадом с помощью схемы на основе трансформатора, тогда это усилитель с трансформаторной связью.

Типы транзисторов:

На рынке доступно несколько транзисторов для различных областей применения. Важными типами являются следующие.

Тип транзистора

Транзистор с биполярным переходом (BJT)

“ BJT — это тип транзистора, который имеет как электроны, так и дырки. Электроны, как и дырки, действуют здесь как носители заряда».

• Биполярный транзистор — это устройство, управляемое током.
• Биполярный транзистор (BJT) имеет два PN-перехода для своей работы.
• Стандартные транзисторы бывают двух типов: биполярные; ПНП и НПН.
• В транзисторе есть три вывода, обозначенные как база (B), коллектор (C) и эмиттер (E).

Транзистор PNP

В транзисторах P-N-P здесь собраны диоды двух типов. Это П-Н и Н-П.

Транзистор состоит из трех секций-

• − База
• − Коллектор
• − Эмиттер

Теперь соединение EB становится смещенным в обратном направлении, а соединение CB — с обратным смещением.

Из-за соединения образовался перекос и дырки начали течь от Р-перехода. После этого поток продолжается в сторону N области. Здесь происходит рекомбинация. Остальные отверстия снова текут к N. Теперь ток через эмиттер известен как ток эмиттера, который идет в две стороны. Один из них — ток базы, другой — ток коллектора.

I _E =I _B +I _C

Но 2% от общего тока протекает в IB, поэтому IB пренебрежимо мал.

Следовательно, IE=IC

Транзистор NPN

В конфигурации транзистора NPN используются два типа диодов: N-P и P-N.

Как упоминалось ранее, транзистор имеет три вывода. Это – Коллектор, Излучатель и База.

Из-за соединения образовался уклон и дырки начали течь от N соединения. После этого поток продолжается в сторону области P. Здесь происходит рекомбинация. Остальные отверстия снова текут к P. Теперь ток через эмиттер известен как ток эмиттера, который идет в две стороны. Один из них — ток базы, другой — ток коллектора.

I _E =I _B +I _C

Полевой транзистор (FET):

В полевом транзисторе только электрическое поле используется для управления потоком тока. У них есть три терминала: источник, сток и ворота. Полевые транзисторы — это униполярные транзисторы.

Чтобы узнать больше об электронике , нажмите здесь0860

Транзистор представляет собой устройство регулирования тока. Например, управлять током коллектор-эмиттер, изменяя ток базы. В общем случае усиления напряжения этот эффект усиления возникает из-за использования резисторов для преобразования тока в напряжение. В модели слабого сигнала источником тока базы является отношение входного напряжения к динамическому сопротивлению база-эмиттер rbe, которое обычно равно кОм. Таким образом, базовый ток очень мал и может составлять всего несколько десятых мА. За счет усиления транзистора между коллектором и эмиттером возникает базовый ток в β раз. В этой статье будет рассказано, как работает транзистор в схема усилителя с общим эмиттером .

Транзисторные усилители. Введение

Каталог

ⅰ Общий emtter. 2.2 Анализ схемы

2.3 Конструкция схемы с общим эмиттером

2.4 Рабочие параметры схемы

ВВЕДЕНИЕ

ⅰ Общий empter Circuit

Ⅲ Common-emitter Amplifier Circuit Expansion 3.1 Increase Magnification 3.2 Low-voltage and Low-loss Circuit 3.3 Differential Output Circuit 3.4 Filter and Tuning Amplifier Circuit

Ⅳ Резюме

Ⅴ Часто задаваемые вопросы

Ⅰ Формула схемы усилителя с общим эмиттером

В качестве примера возьмем схему усилителя с общим эмиттером:

Рис. 1. Схема транзисторного усилителя с общим эмиттером

△ib
Таким образом, коллектор генерирует ток в β раз ib:
△ie=β△ib
Кроме того, выходное напряжение может быть получено относительным положительным потенциалом источника питания:
△Vo =VCC-△ieRc=VCC-β△ibRc=VCC-△Vi·Rc/rbe
Таким образом, мы можем получить инвертированный усиленный сигнал напряжения за счет связи по переменному току и управления сопротивлением коллектора Re. Но обычно эмиттер будет иметь сопротивление для управления усилением, поэтому приведенная выше формула непрактична. При проектировании схемы в неэкстремальных ситуациях мы часто надеемся, что схема сможет работать с большинством транзисторов общего назначения, избегая параметра, который зависит от параметров компонентов, таких как rbe. В то же время очень громоздко учитывать ток базы в конкретном расчете. Поэтому в общем процессе проектирования в приближенном расчете игнорируется наличие тока базы (в некоторых схемах, хотя ток базы игнорируется, все же необходимо придать базе определенный ток привода, чтобы схема работала нормально ). Кроме того, расчет коэффициента усиления основан на сопротивлении внешней цепи, а не на rbe.
Среди них очень важным параметром также является падение напряжения на лампе база-эмиттер VBE, которое обычно равно 0,6В (кремниевая трубка). Все параметры транзисторной схемы можно получить в соответствии с VBE=0,6 В и законом Ома.
Громоздкая часть схемы транзистора заключается в настройке статической рабочей точки. Обычно небрежное проектирование приводит к отсечению и искажению формы выходного сигнала. Таким образом, выбранные значения некоторых экспериментальных значений могут быть использованы для справки. Общая идея конструкции такова: количественно определить напряжение и ток для расчета сопротивления.

 

Схема усилителя с общим эмиттером представляет собой типичный инвертирующий усилитель, который имеет широкий спектр применения и стабильные эффекты. Сначала покажите общие идеи дизайна, а затем пошагово объясните цель и принципы дизайна.

2.1 Этапы проектирования

1) Определите напряжение питания VCC и определите статический ток эмиттера IE в соответствии с частотной кривой/кривой шума/другими данными.
2) Определите VE, где выбирается 1~2 В для поглощения температурного дрейфа.
3) По VE и IE рассчитать статическое сопротивление эмиттера RE ( IE≈IC ).
4) Определите увеличение Av и примените соотношение Av=RC/RE для расчета статического сопротивления коллектора RC. На этом этапе статическая рабочая точка установлена.
5) Проверьте, соответствует ли статическая рабочая точка требованиям: предел качания положительного выхода=VCC-IE·RC , предел качания отрицательного выхода=IE·RC-VE . Необходимо следить за тем, чтобы усиливаемое выходное напряжение не превышало предел качания (обычно предел качания больше). Если RC слишком большой, будет отсечение вниз, как и при маленьком RC. Кроме того, определите, превышает ли мощность предел: PC=VCE·IC .
6) Определить базовое напряжение смещения следующим образом: Согласно VBE=0,6V легко получить VB=VE+0,6 (разделить напряжение от источника питания через резистор). Поскольку ib считается малым и пренебрежимо малым, ток IB0, протекающий через базовые резисторы делителя напряжения (R1, R2 на приведенном выше рисунке), должен быть намного больше, чем ib. ib приблизительно рассчитывается как IC/β, а IB0 примерно на порядок больше, чем ib, поэтому R2=VB/IB0, R1=(VCC-VR2)/IB0 .
7) Наконец, определите значение конденсатора связи по переменному току и значение конденсатора развязки источника питания.
Давайте сначала воспользуемся разработанной схемой усилителя с общим эмиттером, чтобы интуитивно понять формы сигналов следующих частей:

Рисунок 2. Схема транзисторного усилителя с общим эмиттером Источник питания 15 В, а вход и выход соединены по переменному току. Выходные сигналы следующие: 

Рис. 3. 4-канальные волны сигнала

Бледно-голубой сигнал является входным сигналом, выбранным синусоидальным сигналом 1 кГц, 1 Вразмах.
зеленый — это выходной сигнал, усиленный примерно в 5 раз, и он инвертирован.
синий является базовым сигналом, что можно увидеть, потому что уровень постоянного тока повышен из-за влияния сопротивления смещения базы.
Красный — это сигнал эмиттера, который лишь на фиксированное значение отличается от базового сигнала.

 

2.2 Анализ цепи

Сначала выполните анализ постоянного тока, то есть определите статическую рабочую точку. В начальном процессе проектирования проектирование и проверка статических рабочих точек также выполняются в первую очередь. Статический потенциал базы можно легко рассчитать по сопротивлению смещения базы, а статический потенциал эмиттера можно определить по падению напряжения на лампе база-эмиттер как константе. Следовательно, по величине сопротивления эмиттера можно получить величину тока коллектор-эмиттер, а затем по напряжению источника питания можно получить статический потенциал коллектора.
Почему важна статическая рабочая точка? Возьмем в качестве примера NPN-транзистор , который эквивалентен двум встречно-параллельным диодам. Если требуется работа диода, вы должны дать ему правильное смещение, чтобы сделать его достаточно проводящим. В схеме диод база-коллектор предотвращает внутреннюю обратную связь, а диод база-эмиттер является ключом к достижению усиления. Другими словами, достаточно спроектировать внешнюю цепь так, чтобы ток в диоде база-эмиттер протекал нормально. Эта идея будет упомянута при анализе пропускной способности эмиттерного повторителя.
: Найдите коэффициент усиления переменного напряжения. Когда входное напряжение изменяется △vi, ток эмиттера вызывает изменение переменного тока △т.е. Поскольку падение напряжения на базе-эмиттере является постоянным, оно не влияет на изменение переменного тока, поэтому △ie=vi/RE . Следовательно, выходное напряжение переменного тока эмиттера может быть определено как vo=△ieRC=vi·RC/RE , а коэффициент усиления по переменному току равен Av=RC/RE . Этот вывод позволяет быстро проанализировать увеличение схемы с общим эмиттером.
Выходные шины питания имеют значения VCC и VE соответственно, которые определяются токовыми характеристиками транзистора во время работы, и, как правило, выходной сигнал от шины к шине отсутствует. Схема может быть использована в зависимости от выходной шины питания и коэффициента усиления переменного тока.
Если вход и выход не связаны по переменному току, вход (особенно по постоянному току) приведет к искажению формы выходного сигнала.

 

2.3 Схема с общим эмиттером

Поняв характеристики схемы, вы можете спроектировать схему с общим эмиттером в соответствии с этапами проектирования, описанными в начале этого раздела. Статическая рабочая точка и увеличение были определены в ходе анализа, а остальные части разработаны ниже.
Напряжение питания : По колебанию выходного напряжения мы можем определить размер напряжения. Обычно напряжение источника питания больше выходного пикового значения.
Транзистор : Выберите соответствующий транзистор в соответствии с рабочей частотой, требуемой мощностью, уровнем шума и β и т. д.
Ток эмиттера : Определите величину тока эмиттера в соответствии с частотными характеристиками, обратившись к руководству устройства.
RC и RE : При определении напряжения и тока эмиттера, а также увеличения обратите внимание на обзор верхнего и нижнего пределов размаха и номинальной мощности.
Сопротивление смещения базы : VB определяется в соответствии с VE, тем самым определяя сопротивление делителя напряжения источника питания. Обратите внимание, что ток, протекающий через резистор делителя напряжения, должен быть на один-два порядка больше, чем ток базы. Ток базы рассчитывается путем деления тока коллектор-эмиттер на β.
Конденсатор связи : Конденсатор связи по переменному току обычно имеет емкость 10 мкФ. Обратите внимание, что конденсатор связи выходного каскада и входное сопротивление следующего каскада образуют фильтр верхних частот. С частотой среза фильтра следует обращаться осторожно.

 

2.4 Рабочие параметры схемы

С помощью метода анализа переменного тока мы можем получить некоторые характерные параметры разработанной схемы, такие как входное и выходное сопротивление, увеличение и т. д.
Входной импеданс : Согласно анализу переменного тока, входной импеданс равен параллельному значению сопротивления смещения базы. При анализе слабых сигналов динамическое сопротивление базового эмиттера rbe также должно быть подключено параллельно.
Выходное сопротивление : Метод определения выходного сопротивления заключается в добавлении нагрузки в цепь. Когда размах выходного значения падает до половины значения без нагрузки, импеданс нагрузки является выходным значением. Как правило, выходное сопротивление схемы усилителя с общим эмиттером равно сопротивлению коллектора RC.
Увеличение : Из-за влияния тока базы фактическое увеличение примерно на 10% ниже проектного значения. Таким образом, формула дизайна более практична.

 

Ⅲ Расширение схемы усилителя с общим эмиттером

Усовершенствовав общую схему усилителя с общим эмиттером, можно получить различные прикладные схемы с другими характеристиками. В этом разделе представлены средства увеличения увеличения, схема низковольтного источника питания, схема дифференциального выхода и схема усилителя настройки.

3.1 Увеличение увеличения

В соответствии с введением в расчетную схему коэффициент усиления по напряжению в основном определяется отношением сопротивления коллектора RC к сопротивлению эмиттера RE. Поэтому обычно для изменения коэффициента усиления меняют отношение сопротивления. Однако возникает проблема: эти два резистора одновременно отвечают за определение рабочего тока. Поскольку рабочая точка постоянного тока изменяется произвольно, схема, вероятно, будет искажена или даже не будет работать.
С другой точки зрения, усиление напряжения относится к категории «Анализ переменного тока», а статическая рабочая точка относится к «Анализу постоянного тока». Поэтому добавьте в цепь несколько реактивных компонентов, чтобы изменить соотношение с точки зрения переменного тока, значение сопротивления при анализе постоянного тока не изменится.
Этого можно добиться, подключив эмиттерный резистор параллельно, или сделав резистор параллельно конденсатору, то есть изменив схему в первой секции:

Рисунок 4. Схема усилителя с общим эмиттером

Обратите внимание на эмиттер на рисунке выше. При анализе переменного тока резистор R4 закорочен конденсатором. В это время эквивалентно считается, что резистор эмиттера только R7 (330 Ом). В это время сигнал от источника сигнала и осциллографа был усилен почти в 50 раз. Это намного больше, чем исходное расчетное значение ( 10k/2k=5 ), таким образом реализуя расширение коэффициента усиления по напряжению. Если исходное сопротивление эмиттера не разделить, а подключить весь конденсатор параллельно, то в это время будет получено максимальное усиление βRC/rbe.
Как выбрать значение емкости? Следует отметить, что после параллельного соединения конденсаторов вся схема будет иметь ВЧ характеристики, а частота среза составит f=1/2πRC . Если эта характеристика верхних частот не требуется, значение емкости C можно выбрать на большее значение в диапазоне от 47 мкФ до 100 мкФ.
Кроме того, конденсатор С6 имеет функцию температурной компенсации.

3.2 Цепь низкого напряжения и малых потерь

Если схема ОУ питается от сухой батарейки (1,5В), то не реально, а вот транзисторную схему сделать можно. Суть заключается в том, чтобы использовать падение напряжения проводимости внешнего диода для компенсации напряжения база-эмиттер и иметь малое значение. Схема на рисунке ниже может усиливать слабые сигналы даже при напряжении питания 1,5 В:

Рисунок 5. Схема усилителя с общим эмиттером

Но недостатком является то, что максимальное напряжение системы всегда ниже напряжения питания Напряжение. Из-за небольших потерь в цепи он подходит для низкого энергопотребления.

3.3 Дифференциальная выходная цепь

Полностью дифференциальные операционные усилители могут обеспечить двухрежимный выход, и многие линии передачи также требуют дифференциальной передачи. Транзисторные схемы также могут выполнять дифференциальный выход. Помимо принципа схемы усилителя с общим эмиттером, используется также принцип эмиттерного повторителя. На следующем рисунке показано подключение схемы дифференциального выхода.

Рис. 6. Схема усилителя с общим эмиттером

Видно, что выводятся два дифференциальных сигнала с одинаковой формой и противоположной фазой. Сигнал коллектора находится в фазе с входным сигналом, а выходной сигнал эмиттера находится в фазе с входным сигналом. Однако выходной импеданс двух сигналов отличается из-за разных положений выводов. Выходное сопротивление инвертированного выхода выше (RC), а выходное сопротивление неинвертированного выхода ниже, что подходит для управления нагрузкой. Инвертированный выход обычно подключается к эмиттерному повторителю перед запуском.
Кроме того, статический потенциал базы должен быть максимально установлен между VCC и GND, чтобы расширить неискаженный выходной диапазон.

 

3.4 Схема фильтра и подстроечного усилителя

Введение реактивных компонентов в схему приведет к изменению свойств схемы в зависимости от частоты. Мы можем использовать это свойство для разработки LPF, HPF и настраивающего усилителя, обычно используемого в высокочастотных схемах. На самом деле, он использует характеристику, состоящую в том, что импеданс элемента реактивного сопротивления изменяется с частотой, а затем изменяет коэффициент усиления по напряжению на текущей частоте. Импеданс на резонансной частоте часто является чисто резистивным и имеет экстремальное значение для достижения частотно-селективного усиления. Ниже показаны усилители нижних частот, верхних частот и частотно-селективные усилители на определенных частотах: 9Рис. 7. Схема усилителя с общим эмиттером генератора сигналов, поскольку входной разделительный конденсатор вместе с входным резистором образует фильтр верхних частот, что влияет на эффект наблюдения), а его частота среза составляет около 1,06 кГц, рассчитанная по формуле f=1/2πRcC

) . С увеличением частоты импеданс уменьшается, поэтому коэффициент усиления по напряжению уменьшается, формируя низкочастотную характеристику.
② HPF

Рис. 8. Схема усилителя с общим эмиттером

Как показано на рисунке, сконструирован фильтр верхних частот , и расчет его частоты среза аналогичен расчету LPF. .
В точке пика усиления усиление по напряжению достигает 50 дБ, что близко к значению β транзистора. Затем усиление ослабевает из-за ухудшения частотной характеристики транзистора.
③ 10,7 МГц

Рис. 9. Схема усилителя с общим эмиттером

Заменив RC на LC-цепь с резонансной частотой 10,7 МГц, можно получить частотно-избирательный усилитель. Как показано на рисунке, коэффициент усиления составляет 35 дБ при частоте 10,7 МГц, в то время как коэффициент усиления при отстройке 1 МГц составляет всего 12,6 дБ. Недостатком является то, что полоса пропускания немного шире, прямоугольный коэффициент недостаточно хорош, а эквивалентная добротность контура составляет около 65,2, что относительно велико. Кроме того, высокочастотный развязывающий конденсатор был заменен на 1 мкФ.

Пример схемы резонансного усилителя

Извлекая уроки из того факта, что усиление усилителя можно легко определить по соотношению двух резисторов, а коэффициент усиления усилителя с общим эмиттером также можно аппроксимировать отношением двух резисторов.

 

Ⅴ Часто задаваемые вопросы

1. Для чего используются транзисторные усилители?
Усилители d созданы на основе транзисторов , поскольку они способны работать в трех областях: активной, отсечки и насыщения. В целях усиления основное внимание будет уделяться активной области. Основная цель этих усилителей — повысить мощность подаваемого входного сигнала без его изменения.

2. Как транзистор усиливает ток?
Транзисторы обычно используются в качестве усилителей. … Небольшой ток проходит от источника напряжения в базу транзистора. Ток на базе открывает транзистор. Затем ток усиливается и проходит от эмиттера транзистора к коллектору.

3. Что такое усилитель на транзисторах с общим эмиттером?
Усилитель с общим эмиттером представляет собой трехосновной однокаскадный биполярный транзистор и используется в качестве усилителя напряжения. Вход этого усилителя берется с базовой клеммы, выходной сигнал собирается с коллекторной клеммы, а эмиттерная клемма является общей для обеих клемм.

4. Почему в усилителе используется общий эмиттер?
Конфигурация с общим эмиттером (CE). … Транзисторы с общим эмиттером используются наиболее широко , потому что усилитель на транзисторах с общим эмиттером обеспечивает высокий коэффициент усиления по току, высокий коэффициент усиления по напряжению и высокий коэффициент усиления по мощности. Этот тип транзистора дает небольшое изменение на входе, небольшое изменение на выходе.

5. Для чего нужен усилитель CE?
В электронике усилитель с общим эмиттером — это одна из трех основных топологий однокаскадного усилителя на биполярном транзисторе (BJT) , обычно используемого в качестве усилителя напряжения. Он обеспечивает высокий коэффициент усиления по току (обычно 200), среднее входное сопротивление и высокое выходное сопротивление.

6. Как работает транзистор в качестве усилителя?
Транзистор действует как усилитель , повышая мощность слабого сигнала. Напряжение смещения постоянного тока, приложенное к эмиттерному базовому переходу, заставляет его оставаться в состоянии прямого смещения. … Таким образом, небольшое входное напряжение приводит к большому выходному напряжению, что показывает, что транзистор работает как усилитель.

7. Что такое схема усилителя с общим эмиттером?
В цепи усилителя с общим эмиттером имеется резистор в цепи коллектора . Ток, протекающий через этот резистор, создает выходное напряжение усилителя. … База транзистора, используемого в усилителе с общим эмиттером, смещена с помощью двух резисторов в качестве сети делителя потенциала.

8. Из каких основных частей состоит схема транзисторного усилителя?
Однокаскадный транзисторный усилитель имеет один транзистор , цепь смещения и другие вспомогательные компоненты . На следующей принципиальной схеме показано, как выглядит однокаскадный транзисторный усилитель. Когда на базу транзистора подается слабый входной сигнал, как показано на рисунке, протекает небольшой ток базы.

9. Какова разность фаз в усилителе с общим эмиттером?
Разность фаз между входным и выходным напряжением схемы усилителя CE составляет. Разность фаз 1800 между напряжением сигнала и выходным напряжением в усилителе с общим эмиттером известна как инверсия фазы .

10. Когда транзистор NPN используется в качестве усилителя?
Чтобы npn-транзистор можно было использовать в качестве усилителя, к транзистору должно быть приложено прямое смещение . Таким образом, когда в качестве усилителя используется npn-транзистор, дырки перемещаются от базы к эмиттеру. Итак, правильный ответ — вариант D, т.е. дырки движутся от базы к эмиттеру.

11. Когда транзистор с NPN-переходом используется в качестве усилителя в режиме CE?
Транзистор используется в режиме с общим эмиттером в качестве усилителя, тогда: (A) переход база-эмиттер — с наклоном вперед . (B) переход база-эмиттер имеет обратное расположение . (C) входной сигнал соединен последовательно с напряжением, приложенным для смещения база-эмиттерного перехода.

12. Как NPN-транзистор используется в качестве усилителя, показанного на его принципиальной схеме?
Схема усилителя с общим эмиттером на транзисторе n-p-n показана ниже: В схеме усилителя с общим эмиттером напряжение входного сигнала и напряжение выходного коллектора противофазны.