Способы включения УЭ по переменному току
Краткое содержание лекции
Для анализа схем по переменному току необходимо исключить источники питания, поскольку обычно в усилителях их сопротивление переменному току близко к нулю; представить в виде единого эквивалентного сопротивления переменному току сопротивления источника сигнала Rи и нагрузки Rн
и рассматривать свойства схем по следующим показателям:
· присутствует ли в схеме ООС;
· по изменению фазы выходного сигнала по отношению к фазе входного (инвертирование или неинвертирование сигнала);
· по коэффициентам усиления потоку, напряжению и мощности;
· по величинам входного и выходного сопротивлениям;
· по частотным свойствам и нелинейным искажениям.
Схемы с общим эмиттирующим электродом рис. 1.
В схеме рис. 1 нет внешних обратных связей.
· В ПР № 12 было доказано, что схема с ОЭ инвертирует фазу входного сигнала;
· Т.к. в схеме нет ООС, то схема обеспечивают одновременное усиление и токаи напряжения, а значит дает наибольшее усиление мощности;
· Т.к. в схеме нет ООС, то входное и выходное сопротивление имеют средние значения;
· Т.к. в схеме нет ООС, то она обладают наихудшими частотными свойствами и нелинейными искажениями.
Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3
Схемы с общим управляющим электродомрис. 2.
Для рассмотрения основных свойств усилителя перерисуем схему с общим управляющим электродом как схему с общим эмиттирующим электродом и из рис. 3 видим, что 
, т.е. весь выходной ток коллектора снова подается во входную цепь. Значит схему с ОБ можно представить как схему с ОЭ, охваченную параллельной ООС по току и свойства схемы изменяются:
· Графическими построениями на статических характеристиках транзистора, включенного по схеме с ОБ можно доказать, что схема не инвертирует фазу входного сигнала;
· Т.к. в схеме присутствует 100%-ая ООС по току, то схема не дает усиления по току, а усиливает по напряжению и немного по мощности;
· Т.к. в схеме присутствует ООС по току, то Rвых будет наибольшим, а т.к. в схеме присутствует параллельная ООС — Rвх будет наименьшим;
· Т.к. в схеме присутствует ООС, то она обладают хорошими частотными свойствами и малыми нелинейными искажениями.
Схемы с общим управляемым электродомрис. 4.
Для рассмотрения основных свойств усилителя перерисуем схему с общим управляемым электродом как схему с общим эмиттирующим электродом и из рис. 5 видим, что 
, т.е. все выходное напряжение снова подается во входную цепь. Значит схему с ОК можно представить как схему с ОЭ, охваченную последовательной ООС по напряжению и свойства схемы изменяются:
· Графическими построениями на статических характеристиках транзистора, включенного по схеме с ОК можно доказать, что схема не инвертирует фазу входного сигнала;
· Т.к. в схеме присутствует 100%-ая ООС по напряжению, то схема не дает усиления по напряжению, а усиливает по току и немного по мощности;
· Т.к. в схеме присутствует ООС по напряжению, то Rвых будет наименьшим, а т.к. в схеме присутствует последовательная ООС — Rвх будет наибольшим;
· Т.к. в схеме присутствует ООС, то она обладают хорошими частотными свойствами и малыми нелинейными искажениями.
Рис. 4 
Рис. 5
ПОВТОРИТЕЛИ
Так как каскад с общими коллектором, стоком и анодом не меняет полярности подаваемого на него сигнала и имеет коэффициент усиления напряжения, близкий к единице, выходной сигнал почти не отличается от входного ни по фазе, ни по амплитуде; поэтому такие каскады называют эмиттерным, истоковым и катодным повторителями соответственно. Вследствие высокого входного сопротивления и малой эквивалентной входной емкости повторители используют как входные каскады в усилителях гармонических и импульсных сигналов с малой входной емкостью и высоким входным сопротивлением. Из-за низкого выходного сопротивления повторители применяют в качестве выходных каскадов при работе усилителя на нагрузку с очень малым сопротивлением или на большую емкость, а также при работе на нагрузку с изменяющимся сопротивлением.
Рис.6
Источник
Схемы включения усилительных элементов.
Усилительный каскад можно представить в виде активного четырехполюсника (рис.14) с двумя входными 1-1 и двумя выходными 2-2 клеммами. Активными элементами усилительных каскадов являются транзисторы, электронные лампы, включаемые между входными и выходными устройствами. Один из выводов УЭ является общим для входной и выходной цепей.
Рис. 14. Усилительный каскад как активный четырёхполюсник
Каждый УЭ (биполярный или полевой транзистор, лампа) имеет три основных электрода: эмиттирующий (эмиттер, исток, катод), управляющий (база, затвор, сетка) и управляемый (коллектор, сток, анод). В зависимости от того, какой из электродов является общим для входной и выходной цепей усилителя, различают три способа включения УЭ по переменному току: с общим эмиттирующим электродом (схемы с общим эмиттером ОЭ, рис.15, а; общим истоком ОИ, рис. 15, б; общим катодом ОК, рис. 15, в) ; с общим управляющим электродом (схемы с общей базой ОБ, рис. 16, а; с общим затвором ОЗ, рис.16, б; с общей сеткой ОС, рис. 16, в); с общим управляемым электродом (схемы с общим коллектором ОК, рис. 17, а; с общим стоком ОС, рис. 17, б; с общим анодом OA, рис. 17, в). Для упрощения в схемах исключены источники постоянного тока, поскольку в схемах усилителей их сопротивление переменному току близко к нулю. Сопротивления переменному току в схемах представлены лишь сопротивлением источника сигнала rи и нагрузки Rн
. Свойства различных схем включения УЭ оценивают по коэффициентам усиления (по току, напряжению, мощности), по изменению фазы (инвертированию) выходного сигнала по отношению к фазе входного сигнала, по значениям входного и выходного сопротивлений, по нелинейным искажениям и частотным свойствам.
Для схем с эмиттирующим электродом (см. рис. 15) характерно изменение на обратную полярность усиливаемого сигнала (сдвиг фазы на 180°). В схемах нет внешних обратных связей и обеспечивается одновременное усиление тока, напряжения, мощности. Схемы обладают средними значениями входного и выходного сопротивлений и наихудшими частотными и нелинейными искажениями.
В схемах с общим управляющим электродом (см. рис. 16) полярность усиливаемого сигнала не меняется. Для выяснения свойств усилителей, выполненных по схемам с общим управляющим электродом, схему на биполярном транзисторе (см. рис. 16, а) представим в виде схемы с общим эмиттирующим электродом (рис. 18), в которой по переменному току введена обратная связь.
Для определения вида ОС используем общие правила. При обрыве цепи источника сигнала обратная связь не исчезает, следовательно, она параллельна по входу. В схеме весь выходной ток поступает обратно во входную цепь (Iвых=Iсв), поэтому в схеме действует 100%-ная ОС. Напряжение ОС создается током Iвх=Iсв+Iб на сопротивлении источника rи. Если rи=0, ОС отсутствует. Это означает, что ОС в схеме с ОБ возникает при rи>>Rвх транзистора.
Если за счет еи увеличится положительный потенциал на базе транзистора, то выходной ток Iвых транзистора уменьшится. При этом уменьшатся напряжение ОС на rи и потенциал на базе, следовательно, в схеме действует ООС.
Чтобы выяснить тип ОС по выходу, замкнем сопротивление нагрузки Rн
. ОС не исчезает и выходной ток поступает во входную цепь. При обрыве цепи нагрузки ОС исчезает, значит, по выходуОС по току. Таким образом, в схеме с ОБ действует 100%-ная параллельная ООС по току.
Учитывая влияние ООС на свойства усилителя, для схем с общим управляющим электродом можно сделать следующие выводы: коэффициент передачи по току близок единице; сигнал усиливается по напряжению и мощности (усиление по мощности немного меньше, чем в схемах с общим эмиттирующим электродом); входное сопротивление минимально, а выходное — максимально. Схемы обладают хорошими частотными свойствами и малыми нелинейными искажениями. Эти свойства усилителя проявляются в большей мере с увеличением ООС, которая возрастает при увеличении сопротивления источника сигнала.
Схемы с общим управляемым электродом (см. рис. 17, а) рассмотрим как схемы с общим эмиттирующим электродом, но с введенной ОС. Свойства этих усилителей проследим на примере схемы с ОК (рис. 19). В этой схеме напряжение, действующее между базой и эмиттером Uбэ, определяется разностью напряжений источника сигнала еи и выходного Uвых на нагрузке Rн. Увеличение потенциала на базе транзистора за счет еи, сопровождается снижением тока эмиттера и, как следствие, напряжения Uвых на нагрузке Rн. Это приводит к увеличению напряжения Uбэ и транзистор закрывается меньше. В схеме действует, отрицательная ОС. Напряжение ОС равно выходному напряжению, поэтому ООС полная (100%-ная). В схеме действует последовательная ОС по входу, так как при обрыве источника сигнала напряжение ОС не будет подаваться на УЭ. При коротком замыкании сопротивление нагрузки ОС исчезает, поэтому по выходу эта ОС создается по напряжению. Действующая в схеме с ОК 100%-ная последовательная ООС по напряжению определяет свойства усилителя. Изменение сопротивлений rи и Rh в схеме сопровождается изменением влияния ООС на качественные показатели усилителя. Аналогичное влияние ОС оказывает в схемах рис. 17, б и в.
В схемах с общим управляемым электродом имеет место увеличение коэффициента передачи тока и усиление мощности, а усиление сигнала по напряжению меньше единицы; входное сопротивление максимально, а выходное мало; частотные свойства хорошие, а нелинейные искажения невелики; полярность усиливаемого сигнала на выходе усилителя не меняется. По значению и фазе выгодное напряжение близко к напряжению, действующему на входе
(повторяет его), поэтому схемы с общим управляемым электродом называют повторителями. При этом различают схемы эмнттерного, истокового, катодного повторителей.
Рис.15. Схемы с общим эмитирующим электродом
Рис. 16. Схема с общим управляющим электродом
Рис.17. Схемы с общим управляемым электродом: а – с общим коллектором; б – с общим стоком; в – общи анодом
Рис. 18. Схема параллельной ООС по току Рис. 19. Каскад с ОК и последовательной ООС по напряжению
Источник
Способы включения усилительных элементов по переменному току
Усилительный каскад можно рассматривать как активный четырехполюсник, имеющий два входных и два выходных зажима. Активным он является потому, что содержит в себе источник питания с усилительным элементом и обладает коэффициентом усиления по мощности выше единицы. Усилительный элемент имеет три основных вывода, исключением вспомогательных электродов, поэтому один из электродов общий для входа и для выхода. Число различных способов представления его как четырехполюсника равно шести. Однако только при трех из них усилительный элемент обладает способностью усиливать сигнал по мощности. При рассмотрении способа включения усилительного элемента по переменному току исключают источники постоянного напряжения, так как их сопротивление для переменного тока мало.
Различают следующие схемы включения усилительных элементов по переменному току:
1. с общим эммитирующим эл㔵㔵㔵㔵㔵㔵㔵н;
2. с общим управляющим электродом;
1. с общим управляемым электродом.
Схемы включения усилительных элементов по переменному току обладают следующими характеристиками:
— фаза выходного напряжения по отношению к входному;
— входным и выходным напряжением;
— частотные свойства каскада.
1.Каскад с общим эмиттером является инвертирующим (изменяющим фазу выходного напряжения на 180 градусов), дает максимальное усиление сигнала по мощности, так как коэффициент по току и по напряжению составляет больше единицы; входное (300 – 2000 Ом – для маломощных транзисторов, десятки Ом – для мощных) и выходное сопротивление (десятки – сотни Ком) зависит от величины нагрузки и сопротивления источника сигнала; частотные свойства – определяются частотными характеристиками транзистора, Rис и Rн.
2.Каскад с общей базой не инвертирует входной сигнал, его можно рассматривать как каскад с общим эмиттером, охваченным 100% параллельной ООС по току; обладает малым входным и большим выходным сопротивлением.
3.Каскад с общим коллектором рассматривают как каскад с общим эмиттером, охваченным последовательной ООС по напряжению; данный каскад не инвертирует входной сигнал; обладает малым входным и большим выходным сопротивлением; нелинейные искажения уменьшаются с увеличением Rн и уменьшением Rгенератора.
4.Каскад с общим истокоминвертирует входной сигнал; входное и выходное R – высокие; на показатели влияют емкости транзистора и емкости монтажа.
5.Каскад с общим затвором рассматривается как каскад с общим истоком со 100% параллельной обратной связью по току; входной сигнал не инвертируется; входное сопротивление мало, выходное – велико.
6.Каскад с общим стоком не инвертирует входной сигнал; коэффициент усиления меньше единицы и определяется проходной емкостью и емкостью монтажа;
Таким образом:
— схемы с эмиттирующим электродом инвертируют входной сигнал и обладают наибольшим усилением по мощности, входное и выходное сопротивления определяются параметрами усилительного элемента;
— схемы с управляющим электродом обладают малым входным и большим выходным сопротивлениями, коэффициент усиления по току равен единице, входной сигнал не инвертируется ;
— схемы с управляемым электродом имеют большое входное и малое выходное сопротивление, коэффициент усиления по мощности и по току больше единицы, по напряжению меньше единицы, входной сигнал не инвертируется.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
