Умный дом

Усилительный каскад на транзисторе

Если открыть любой учебник по схемотехнике усилителей, можно там же найти и методики расчета усилителей. В учеб­нике обязательно будет приведена классификация усилитель­ных каскадов по способу включения транзистора как актив­ного элемента и свойства каскадов при разных способах включения транзисторов. Однако чаще всего применяют включение транзистора с общим эмиттером. Это означает, что эмиттер служит общим выводом для входной и выходной цепи. Тем, кто интересуется теоретическими аспектами во­проса, кому хотелось бы методично во всем разобраться, я могу порекомендовать несколько книг.

1. Герасимов, Мигулин, Яковлев. Расчет полупроводнико­вых усилителей и генераторов. Киев, 1961.

2. Воронков, Овечкин. Основы проектирования усили­тельных и импульсных схем на транзисторах. Москва, 1973.

3. П. Шкритек. Справочное руководство по звуковой схе­мотехнике. Москва, 1991.

Мы же воспользуемся преимуществами, которые получа­ем от использования компьютера.

Несколько слов о том, почему мне хочется начать с усили­тельного каскада на транзисторе (рис. 3.9). Мне кажется, что знание работы транзистора закладывает основу понимания и аналоговой техники, и цифровой, включая микропроцессор­ную, техники. Конечно, сегодня при разработке электронных устройств или ремонте использование микросхем подразуме­вает знание не того, как устроена микросхема, а того, какими свойствами она обладает (ее параметров), для чего предназ­начена и какие сигналы использует. В этом смысле сегодняш­няя работа с. электроникой ближе к программированию на объектно-ориентированных языках, в отличие от программи­рования с использованием процедурных языков. Некоторые преподаватели информатики даже считают, что знания про­цедурных языков мешает быстрому освоению современного программирования. Возможно, так. Но быстрое освоение в узкой области знаний рано или поздно может завести в ту­пик. Я так думаю, но спорить не готов.

Вот так будет выглядеть усилительный каскад с общим эмиттером. В качестве источника сигнала использован гене­ратор синусоидального напряжения, а сигналы на входе и выходе усилителя мы наблюдаем с помощью осциллографа. Немного изменим нашу схему, как показано на рис. 3.10.

В схеме появились два вольтметра переменного тока для измерения величины сигнала. Как видно из рисунка (по пока­заниям вольтметров), сигнал на входе усилителя - около 6 мВ, а на выходе - 2 В. Отношение выходного сигнала к входному - это коэффициент усиления каскада по напряжению. Разделив 2 В на 6 мВ, мы получим, что Кн = 333. Усиление по напряже­нию интересует нас довольно часто.

Здесь уместно пояснить один момент, касающийся еди­ниц измерения. Усиление мы измеряем в относительных единицах как отношение выходного напряжения к входному

(Ку = ивых / Ubx). Есть и другие единицы измерения - де­цибелы. Формула перехода выглядит так - Ку, дБ = 201g Ку или Ку, дБ = 201g (Ubbix / Ubx).

Зачем нужны другие единицы? Общее усиление двухкас - кадного усилителя равно произведению коэффициентов уси­ления. А мы знаем из свойств логарифмов, что логарифм произведения равен сумме логарифмов. Таким образом, вме­сто сложной операции умножения можно применить более простую операцию - сложение. Порой это удобно.

Вернемся к схеме. Для чего служат ее элементы? Сопро­тивление R1 определяет базовый ток транзистора, ток кол­лектора которого равен некоторому параметру транзистора, называемому статическим коэффициентом усиления транзи­стора, умноженному на его базовый ток. Расчет каскада «на вскидку» можно провести так - мы определяем, что в отсут­ствие сигнала напряжение на коллекторе должно быть равно половине напряжения питания (чтобы симметричный сиг­нал мог усиливаться максимально, но без искажений). Зная величину сопротивления R2 = 5 кОм (сопротивления нагруз­ки транзистора) и величину напряжения (12В/2 = 6В), можно легко определить необходимый ток коллектора. Ток коллектора равен половине напряжения питания, деленной на сопротивление нагрузки (6 В / 5 кОм =1,2 мА). Ток коллекто­ра связан с током базы величиной статического коэффициен­та усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером (Вст = 200 для данного транзистора 2N2222): Ік = Вст х 16, где 1к - ток коллектора, 16 - ток базы.

Таким образом, ток базы должен быть в 200 раз меньше, то есть б мкА. Через резистор R1 должен протекать ток в б мкА, а напряжение на нем должно быть равно напряжению пита­ния минус напряжение база-эмиттер транзистора. Для расче­тов «на вскидку» последним можно пренебречь, приняв напря­жение на резисторе равным напряжению питания. Тогда величина резистора R1 будет равна отношению напряжения питания к току базы транзистора - 12В / бмкА (то есть, 2 МОм). Что мы и сделали. Остался вопрос, почему величина резистора R2 выбрана равной 5 кОм? Эта величина обычно определяется входным сопротивлением следующего каскада. Например, можно считать, что наш усилитель будет подключен