Усилитель напряжения

January 25, 2012 by admin Комментировать »

Точно так же, как в телеграфе Морзе роль сигналов играет последовательность импульсов напряжения, сигналами в электронных схемах обычно являются постоянные или переменные напряжения. Такие устройства, как головка звукоснимателя или микрофон, создают переменное напряжение, которое должно быть усилено прежде, чем им можно будет воспользоваться. Некоторые источники сигналов, такие как фототранзистор и некоторые детекторы ядерного излучения, могут быть источниками тока, который, как правило, еще до усиления преобразуется в напряжение. Поэтому наиболее важны усилители напряжения и, несмотря на то что биполярный транзистор работает как устройство, усиливающее ток, основное применение он находит в усилителях напряжения.

Резистор нагрузки

На рис. 1.18, а показан очень простой усилитель напряжения; выходное напряжение Квых возникает на выходе в результате протекания коллекторного тока по резистору нагрузки RL. Этот пример иллюстрирует одно из наиболее важных применений резисторов в электронных цепях: преобразование тока в напряжение. Входное напряжение Кх, приложенное к переходу база—эмиттер, приводит к увеличению тока базы, зависящего от сопротивления перехода база—эмиттер. Ток базы вызывает намного больший ток коллектора /с, создающий падение напряжения icRL на резисторе RL. Эта разность потенциалов пропорциональна Квх, но намного больше по величине.

Важной деталью таких схем является земляная шина, называемая также землей, «нулем вольт» (О В) или общей шиной и обозначаемая символом, показанным на рисунке. Земляная шина является общей для входного сигнала, выходного сигнала и источника постоянного напряжения и обычно является точкой, относительно которой отсчитываются все напряжения в схеме.

Рабочая точка и смещение

Схема, приведенная на рис. 1.18, а, как можно догадаться, является сильно упрощенной схемой усилителя напряжения. Она будет давать отклик только на положительное входное напряжение и, кроме того, только на напряжение, большее чем 0,5 В; последнее значение является той э.д.с, которая необходима для смещения перехода база—эмиттер в прямом направлении. Ясно, что, если схема предназначена для усиления малых сигналов без искажения, переход база—эмиттер должен быть смещен в прямом направлении даже в отсутствие сигнала. Обычно напряжение переменного сигнала принимает как положительное, так и отрицательное значение, так что выходное напряжение на коллекторе должно иметь возможность двигаться вверх к напряжению источника питания (при отрицательном входном напряжении) и вниз к потенциалу земляной шины (при положительном входном напряжении). Из этого следует, что при равном нулю входном сигнале (это состояние обычно

Рис. 1.18. Использование транзистора в усилителе напряжения: а — простейшая схема; б — схема со смещением.

называется режимом покоя) в транзисторе должен протекать такой ток коллектора, чтобы напряжение на коллекторе находилось посредине между землей и напряжением источника питания, готовое изменяться в любом направлении в соответствии с полярностью входного сигнала.

На рис. 1.18, ^ показана схема, в которой достигается требуемый результат. Маломощный кремниевый транзистор, такой как ВС107, будет очень хорошо работать с коллекторным током в режиме покоя 1 мА. В этом случае при правильном выборе рабочей (начальной) точки требуется, чтобы напряжение на коллекторе находилось посредине между 0 и +9 В, то есть на резисторе RL должно падать 4,5 В. Таким образом, согласно закону Ома, Rl = 4,5 В/1 мА = 4500 Ом. Ближайшее номинальное значение RL равно 4,7 кОм (см. приложение 1). Для рассматриваемой схемы имеем:

Рис. 1.19. со стабилизацией рабочей точки.

Ток базы определяется теперь соотношением  и, как и прежде,

Объединяя эти равенства, получим

Если Rl и Rb имеют значения, указанные на рис. 1.19, и hFE = 100, то VCE я 6 В; если hFE = 400, то VCE ~ 3 В. Хотя здесь все еще положение рабочей точки меняется, это не существенно, пока для получения больших сигналов не требуется иметь возможно большие пределы изменения выходного напряжения. Схема, приведенная на рис. 1.19, будет работать при изменении параметров транзисторов в очень широком диапазоне и является полезным усилителем напряжения общего назначения. Принцип построения схемы с автокомпенсацией изменений hFE является просто примером отрицательной обратной связи, которая представляет собой одно из самых важных понятий в электронике, и будет рассмотрена в гл. 4.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты