3. Структуры усилительных каскадов

Усилительный каскад по отношению к проходящему через него сигналу представляет собой четырехполюсник, имеющий два входных и два выходных зажима, при этом один из входных зажимов соединяется с одним из выходных общим проводом, который является общим для всех усилительных каскадов. В отличие от пассивного четырехполюсника, например трансформатора, усилительный каскад является активным четырехполюсником, содержащим зависимый генератор.

Зависимый генератор - это либо источник ЭДС Е₂, пропорциональной входному напряжению U₁ или входному току I₁, либо источник задающего тока, значение которого J₂ пропорционально U₁ или I₁.

Идеальный зависимый генератор характеризуется единственным параметром, отображающим прямую передачу сигнала, т.е. его усиление. Для обозначения такого параметра используется одна из букв k, z, у, h с индексом 21. Этот генератор вместе с парами входных и выходных зажимов составляет электрическую цепь, называемую эквивалентной схемой идеально усилительного прибора, или усилителя.

У идеального генератора ЭДС внутреннее сопротивление равно нулю, а напряжение на зажимах U₂=E₂=const не зависит от потребляемого от него тока I₂. У идеального генератора тока (задающего генератора тока) внутренняя проводимость равна нулю (внутреннее сопротивление бесконечно велико), при этом потребляемый от него ток I₂=J₂=const не зависит от U₂.

4. Три схемы включения биполярного транзистора

Управление работой биполярного транзистора осуществляется напряжением, приложенным к эмиттерному p-n переходу (U_бэ). При включении транзистора в усилительный каскад один из его электродов по переменному напряжению соединяется с общим проводом схемы, то есть является общим. Из двух других электродов один соединен с входным зажимом четырехполюсника, второй - с выходным, причем коллектор не может быть входным электродом, а база - выходным. Получаем три возможные схемы усилительного каскада на биполярном транзисторе: с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК), с общей базой (ОБ) (рис. 4.1). Резисторы R_к, R_Э, R_б1, R_б2 обеспечивают режим работы схемы по постоянному току, конденсаторы С₁, С₂ разделяют переменную и постоянную составляющие напряжения, С_э устраняет отрицательную обратную связь по переменному току, R_н - сопротивление нагрузки или входное сопротивление следующего усилительного каскада, Е_к - источник питания постоянного тока (для транзисторов p-n-p полярность источника изменится).

ОЭ	ОК	ОБ

Рис. 4.1.

В упрощенных схемах некоторые из деталей могут отсутствовать (R_Э, С_э, R_б2).

5. Эквивалентная схема усилительного каскада на биполярном транзисторе

В эквивалентной схеме биполярный транзистор принято заменять реальным задающим генератором тока, который характеризуется четырьмя параметрами. Эти параметры входят в систему линейных уравнений, связывающих токи и напряжения, существующие на его входе и выходе. Чаще всего для биполярного транзистора используется система h - параметров. h - параметры зависят от схемы включения транзистора. В справочниках обычно приводятся значения некоторых h - параметров для схемы ОЭ.

, где

h₁₁ и h₂₂ - статические входное сопротивление и выходная проводимость; h₁₂ = коэффициент обратной передачи напряжения; h₂₁ - коэффициент прямой передачи (усиления) тока.

Здесь все коэффициенты и переменные, вообще говоря, представляют собой комплексные числа. Мгновенная полярность переменных напряжений и направления переменных токов изменяются каждую половину периода, тем не менее выбирают определенные положительные направления напряжения и тока, которые указывают стрелками или знаками "+" "-" на некоторых точках схемы.

С использованием системы h - параметров упрощенная эквивалентная схема УК на биполярном транзисторе для области средних частот, когда можно пренебречь влиянием С₁ и С₂ имеет вид (рис. 5.1). Е₁ и R₁ - ЭДС и внутреннее сопротивление источника усиливаемого напряжения.

Рис. 5.1.

Эквивалентная схема на рис. 5.1 позволяет выразить показатели УК через его параметры и сопротивления R₁ и R₂=R_КR_Н/(R_К+R_Н). Полагая h₁₂=0 получаем:

R_вхh₁₁, R_вых1/h₂₂ ,

Наиболее полно характеризует усилительные свойства до сих пор не встречавшийся показатель, называемый сквозным коэффициентом усиления,