Вопрос 8 что такое главная усилительная цепь и для чего она.

Главная цепь это усилительный каскад.

Каскад усиления — ступень усилителя, содержащая один или несколько усилительных элементов, цепи нагрузки и связи с предыдущими или последующими ступенями.

В качестве усилительных элементов обычно используются электронные лампы или транзисторы (биполярные, полевые)

В зависимости от способа включения усилительного элемента различаются каскады с общей базой, общим эмиттером, общим коллектором (эмиттерный повторитель) (у биполярного транзистора), с общим затвором, общим истоком, общим стоком (истоковый повторитель) (у полевого транзистора) и с общей сеткой, общим катодом, общим анодом (у ламп)

Каскад с общим эмиттером (истоком, катодом) — наиболее распространённый способ включения, позволяет усиливать сигнал по току и напряжению одновременно, сдвигает фазу на 180°, то есть является инвертирующим.

Каскад с общей базой (затвором, сеткой) — усиливает только по напряжению, применяется редко, является наиболее высокочастотным, фазу не сдвигает.

Каскад с общим коллектором (стоком, анодом) — называется также повторителем (эмиттерным, истоковым, катодным), усиливает ток, оставляя напряжение сигнала равным исходному. Применяется в качестве буферного усилителя. Важными свойствами повторителя являются его высокое входное и низкое выходное сопротивления, фазу не сдвигает.

Каскад с распределенной нагрузкой — каскад, занимающий промежуточное положение между схемой включения с общим эмиттером и общим коллектором. Как вариант каскада с распределенной нагрузкой, выходной каскад усилителя мощности «двухподвес». Важными свойствами являются задаваемый элементами схемы фиксированный коэффициент усиления по напряжению и низкие нелинейные искажения. Выходной сигнал дифференциальный.

Каскодный усилитель — усилитель, содержащий два активных элемента, первый из которых включен по схеме с общим эмиттером (истоком, катодом), а второй — по схеме с общей базой (затвором, сеткой). Каскодный усилитель обладает повышенной стабильностью работы и малой входной ёмкостью. Название усилителя произошло от словосочетания «КАСКад через катОД» (англ. CASCade to cathODE)[1]

Каскады усиления могут быть однотактными и двухтактными.

Однотактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает во входную цепь одного усилительного элемента или одной группы элементов, соединённых параллельно.

Двухтактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает одновременно во входные цепи двух усилительных элементов или двух групп усилительных элементов, соединённых параллельно, со сдвигом по фазе на 180°.

Режим A

Режим B

Режим B, двухтактный каскад Режим C

Вопрос 9 Работа транзистора в режиме отсечки. Насыщения.Линейном.

Режим отсечки транзистора получается тогда, когда эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключены к внешним источникам в обратном направлении. В этом случае через оба р-n-перехода протекают очень малые обратные токи эмиттера (IЭБО) И коллектора (IКБО). Ток базы равен сумме этих токов и в зависимости от типа транзистора находится в пределах от единиц микроампер — мкА (у кремниевых транзисторов) до единиц миллиампер — мА (у германиевых транзисторов).

Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками UЭБ и UКБ. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнется проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ.нас) и коллектора (IК.нас).

Для усиления сигналов применяется активный режим работы транзистора.

При работе транзистора в активном режиме его эмиттерный переход включается в прямом, а коллекторный — в обратном направлениях.

Под действием прямого напряжения UЭБ происходит инжекция дырок из эмиттера в базу. Попав в базу n-типа, дырки становятся в ней неосновными носителями заряда и под действием сил диффузии движутся (диффундируют) к коллекторному р-n-переходу. Часть дырок в базе заполняется (рекомбинирует) имеющимися в ней свободными электронами. Однако ширина базы небольшая — от нескольких единиц до 10 мкм. Поэтому основная часть дырок достигает коллекторного р-n-перехода и его электрическим полем перебрасывается в коллектор. Очевидно, что ток коллектора IКp не может быть больше тока эмиттера, так как часть дырок рекомбинирует в базе. Поэтому IKp= h21Б Iэ

Величина h21Б называется статическим коэффициентом передачи тока эмиттера. Для современных транзисторов h21Б = 0,90...0,998. Так как коллекторный переход включен в обратном направлении (часто говорят — смещен в обратном направлении), через него протекает также обратный ток IКБО, образованный неосновными носителями базы (дырками) и коллектора (электронами). Поэтому полный ток коллектора транзистора, включенного по схеме с общей базой

Iк =h21БIэ + IКБО

Дырки, не дошедшие до коллекторного перехода и прорекомбинировавшие (заполнившиеся) в базе, сообщают ей положительный заряд. Для восстановления электрической нейтральности базы в нее из внешней цепи поступает такое же количество электронов. Движение электронов из внешней цепи в базу создает в ней рекомбинационный ток IБ.рек. Помимо рекомбинационного через базу протекает обратный ток коллектора в противоположном направлении и полный ток базы

IБ = IБ.рек — IКБО

В активном режиме ток базы в десятки и сотни раз меньше тока коллектора и тока эмиттера.

Схема с общей базой.

Рис. 3.1 Схема усилителя по схеме с общей базой. Резистор RК являться нагрузкой транзистора и определяет его усилительные свойства,. Если RК=0 то эффект усиления напряжения не происходит, т.к. UКБ=EК=const. С увеличением RК растет коэффициент усиления схемы по напряжению, однако существует ограничение на RК сверху. Для данной схемы ориентировочные значения коэффициентов усиления можно определить следующим образом:

Поскольку для ОБ IK ~ IЭ,RКБ||RКБ ~ RКБ, а RЭБ << RК (т.к. входной переход транзистора включен в проводящем направлении) то получим, KU>>1 Коэффициент усиления по току KI меньше 1. 

Следовательно, схема с ОБ усиливает напряжение, мощность, но не усиливает ток.

Схема с общим эмиттером.

Определение коэффициента усиления по напряжению

определим коэффициент усиления по напряжению (UКЭ=UВых): при h 12Э→0 получим:

Анализ последнего выражения показывает, что |KU|>>1, а знак "-" указывает на то, что UВых и UВх противофазны. Выражение, стоящее в скобках, порядка  и выражение для определения коэффициента усиления усилителя можно упростить:

Определение коэффициента усиления по току.

Коэффициент усиления по току определяется как:

Из выражения следует, что коэффициент усиления по току Ki>>1. Для увеличения Ki следует уменьшать RН, однако начиная с определенного значения RН начинает снижаться KU, что может привести к противоположному эффекту.

Схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель).

Определение коэффициента усиления усилителя по напряжению.

Поскольку знаменатель KU больше числителя, то KU<1. при правельно спроектированном каскаде KU=0.9÷0.99.   Т.к. KU=1 то UВх=UВых, поэтому усилитель по схеме с ОК называют эмиттерным повторителем, поскольку выходной сигнал повторяет входной по фазе и амплитуде.

Определение коэффициента усиления по току.

  Коэффициент усиления по току можно определить как отношение выходного тока ко входному:

Поскольку допустимые значения RН порядка единиц кОм – сотен Ом, то Ki>>1 и составляет порядка десятков – сотен