Міністерство освіти і науки україни національний університет «львівська політехніка»

Коефіцієнти підсилення підсилювача.

Коефіцієнт підсилення  це один з основних параметрів підсилювача, він показує в скільки разів приріст підсиленої величини на виході підсилювача перевищує приріст відповідної величини на вході підсилювача:

• по потужності ;

• по напрузі ;

• по струму .

Коефіцієнти є комплексними величинами та як вихідні величинами напруга і струм зсунуті за фазою відносно вхідних складових за рахунок реактивних складових опорів в колах підсилювача і на вантаження.

Оскільки органи сприйняття людини підлягають логарифмічному закону, то часто модуль коефіцієнта підсилення виражають в логарифмічних одиницях ( децибелах )

Перевід значень коефіцієнтів підсилення, які виражені в децибелах в відносні одиниці можна виконати використовуючи наступні вирази:

Для багатокаскадного підсилювача сумарний коефіцієнт підсилення в залежності від того в яких одиницях він нормується визначається такими виразами:

де n  кількість каскадів підсилювача.

4. Амплітудно-частотні(АЧХ) і фазочастотні(ФЧХ) характеристики.

Амплітудно-частотною характеристикою називають залежність модуля коефіцієнта підсилення від частоти. АЧХ будують в прямокутній системі координат на вертикальній осі відкладають значення К_u в лінійному масштабі в відносних або логарифмічних одиницях, а на горизонтальній осі – частоту в герцах в лінійному або логарифмічному масштабі.

Діапазоном робочих частот(смуга пропускання) підсилювача гармонічних сигналів називають смугу частот від нижньої до верхньої робочої частоти в межах якої модуль коефіцієнта підсилення, а іноді і фаза не повинні виходити за межі заданих допусків.

Рис. 2. АЧХ підсилювача.

Частотні спотворення, які вносяться підсилювачем, оцінюються нерівномірністю його АЧХ в діапазоні робочих частот. Ідеальною амплітудно-частотною характеристикою, при якій підсилювач не вносить частотних спотворень, є пряма, яка проходить паралельно осі абсцис.

Рис. 3. Підсилювальний каскадна біполярному транзисторі зі СЕ

Схема одиночного транзисторного підсилювального каскаду зі спільним емітером (схема зі СЕ), що забезпечує підсилення сигналів напруги змінного струму як за напругою, так і за струмом, наведена на рис. 3.

Силове коло каскаду складають джерело живлення E_К, резистор колекторного навантаження R_К і підсилюючий елемент – транзистор VT1.

Джерело підсилювального сигналу підключається до вхідного кола каскаду через конденсатор С₁ – точки (1) і (2).

Навантаження каскаду у даному випадку таке, що вимагає обов’язкового під’єднання одного з виводів до нульової точки (найчастіше таким навантаженням є наступний підсилюючий каскад). Тому воно підключене до виходу каскаду через конденсатор С₂ – точки (3) і (4).

Конденсатори розділяють кола за постійним струмом (постійний струм через конденсатор не протікає) і зв’язують їх за змінним. Вони виключають вплив постійної складової напруги джерела сигналу (якщо вона є) на вхідні кола каскаду і навпаки – напруги постійного струму вхідних кіл каскаду на джерело вхідного сигналу (С₁), а також вплив постійної складової вихідної напруги на навантаження (С₂).

Напруга на базі транзистора у режимі спокою (за відсутності вхідного сигналу змінної напруги) U_0Б визначається дільником напруги R₁, R₂ і резистором R_Е. Вона забезпечує струм бази I_0Б і відповідно струм колектора I_0К – режим за постійним струмом.

У режимі спокою струми бази і колектора постійні. Напруга спокою на колекторі транзистора

U_0К = E_К – I_0К (R_К + R_Е). (1)

При подачі вхідної змінної напруги на постійну складову струму I_0Б накладається змінна складова, і струм бази стає пульсуючим. Відповідно пульсуючими стають струм колектора з амплітудою пульсацій I_Кm і колекторна напруга з амплітудою U_Кm

Змінна складова колекторної напруги через конденсатор С₂ передається на навантаження. Опір конденсатора С₂ на найнижчій частоті підсилювального сигналу повинен бути набагато меншим за опори резистора R_К і навантаження R_н.

Оскільки вихідний опір каскаду практично дорівнює опору резистора R_К, то зміни опору навантаження R_н суттєво впливають на діюче значення вихідної напруги.

Схема транзисторного одиночного підсилювального каскаду зі спільним колектором (схема з СК), що забезпечує підсилення сигналів тільки за струмом, зображена на рис. 4.

Призначення елементів R₁, R₂ та С₁ і С₂ те ж саме, що і у схемі каскаду з СЕ. Опір R_Е є навантаженням за постійним струмом і визначає положення динамічної характеристики каскаду.

Каскад з СК можна розглядати як каскад з СЕ при R_К = 0 і опором у колі емітера, не зашунтованим конденсатором С_Е. У результаті в схемі діє стопроцентний послідовний негативний зворотний зв’язок за струмом, що знижує коефіцієнт підсилення за напругою до одиниці (реально він становить навіть менше одиниці) і водночас збільшує вхідний опір та зменшує вихідний.

Рис.4. Підсилювальний каскадна біполярному транзисторі із СК

(емітерний повторювач )

Через відсутність підсилення і інверсії цей каскад ще називають емітерним повторювачем напруги.

Вхідний опір каскаду з СК значно більший, ніж у схемі з СЕ, і приблизно може бути визначений за формулою

. (2)

Вихідний опір каскаду з СК становить

(3)

де r_Е – диференційний опір емітерного переходу, що для біполярних транзисторів складає від одиниць до десятків ом.

вказані властивості каскаду з СК дозволяють використовувати його у тих випадках, коли необхідно узгодити джерело сигналу, що має великий внутрішній опір, з низькоомним навантаженням. При цьому забезпечується також підсилення сигналу за потужністю за рахунок підсилення каскадом з СК струму.

Каскад транзисторного підсилювача в схемі з спільною базою мають обмежене застосування в електронних пристроях. Електрична принципова схема каскаду в схемі з СБ наведена на рис.5.

Рис.5. Схема підсилювального каскаду на транзисторі у схемі зі СБ

Режим роботи каскаду у схемі зі СБ за постійним струмом визначається елементами R₁, R₂ та R_Е, подібно до каскаду зі спільним емітером.

Напруга вхідного сигналу з амплітудою U_вх змінює напругу на емітері транзистора. Додатна півхвиля вхідної напруги викликає зменшення напруги емітер-база, зменшення струму емітера і колектора. Зменшення струму колектора приводить до зменшення спаду напруги на резисторі R_K, і потенціал колектора збільшується за абсолютним значенням. Отже, вихідна напруга для цієї схеми збігається за фазою з вхідною.

Оскільки параметр має невелике значення (десятки або сотні Ом), то вхідний опір підсилювального каскаду зі СБ, навіть без урахування резисторів вхідного кола, є малим.

Таким чином, каскад зі СБ не інвертує фазу підсилюваного сигналу, забезпечує значний коефіцієнт підсилення за напругою, але його підсилення за струмом менше від одиниці, у результаті його коефіцієнт підсилення потужності є меншим, ніж у каскаду зі СЕ. Каскад зі СБ має значний вихідний опір та дуже малий вхідний опір. Ці каскади мають кращі частотні властивості в порівнянні з каскадами в схемі з СЕ.