.

Каскады предварительного усиления

Каскады предварительного усиления Общие сведения. Предварительный усилитель усиливает коле­бания напряжения или тока источника сигнала до значений, кото­рые необходимо подать на вход оконечного каскада для получения в нагрузке заданной мощности. Предварительный усилитель может быть одно- и многокаскадным. Транзисторы в каскадах предвари­тельного усиления включают с ОЭ, а лампы — с общим катодом, что позволяет получить наибольшее усиление. Включение транзистора с ОБ целесообразно во входных каскадах, работающих от источника сигнала с малым внутренним сопротивлением. Для уменьшения нелинейных искажений в каскадах предварительного усиления предпочтителен режим А.
  • По виду связи между каскада­ми (при многокаскадном выполнении усилителей) различают усили­тели с емкостной,
  • трансформаторной
  • гальванической связью (уси­лители постоянного тока). 
Усилители с емкостной связью. Усилители с емкостной или ЯС-бвязью имеют широкое применение.. Они просты в конструкции и наладке, дешевы, обладают стабильными характеристиками, на­дежны в работе, имеют небольшие размеры и массу. Типовые схе­мы усилителя на транзисторах и лампах с емкостной связью Частотная характеристика резисторного каскада с емкостной связью может быть разделена на три области частот: нижних НЧ, средних СЧ и верхних ВЧ. В области нижних частот коэффициент усиления Kн снижается (с уменьшением частоты) в ос­новном из-за увеличения сопротивления конденсатора межкас­кадной связи Ср1. Емкость этого конденсатора выбирают достаточ­но большой, что снизит падение напряжения на нем. Обычно низ­кочастотный диапазон ограничивается частотой fH, на которой ко­эффициент усиления снижается до 0,7 среднечастотного значения, т. е. Kн=0,7K0. В области средних частот, составляющих основную часть рабочего диапазона усилителя, коэффициент усиления Kо практически не зависит от частоты. В области верхних частот fB снижение усиления Kв обусловлено емкостью Со=/=Свых+См+Свх (где Свых — емкость усилительного элемента каскада; См — емкость монтажа, Свх — емкость усилительного элемента следующего кас­када) . Эту емкость всегда стремятся свести к минимуму, чтобы ограничить через нее ток сигнала и обеспечить большой коэффициент усиления. Расчет резисторного каскада предварительного усиления. Ис­ходные данные: полоса усиливаемых частот fн-fв = 100-4000 Гц, коэффициент частотных искажений MH<l,06; напряжение питания £К=10 В. Каскад должен обеспечить амплитуду входного тока следующего каскада Iвх.тсл=12 мА при его входном сопротивлении Rвх.сл=10 Ом.
  • 1. Выбор типа транзистора. Ток коллектора каскада, при ко­тором обеспечивается амплитуда входного тока следующего кас­када Iвх.тсл, Iк= (1,25ч- 1,5)IЕх.отсл = .(1,25-7-1,5) 12= 15-5-18 мА. При­мем Iк=15 мА. По току Iк и граничной частоте, которая должна бытьfашга>3fв|Зср = 3fв(Рмин + Рмакс)/2 = 3-4000(30 + 60)/2 =
  • =540000 Гц=0,54 МГц, выбираем для каскада транзистор МП41 со следующими параметрами: Iк=40 мА; UКэ=15 В; |3мин = 30; рмакс=60;fамин = 1МГц.
  • 2. Определение сопротивлений резисторов RK и Ra. Эти сопро­тивления определяют, исходя из падения напряжения на них. При­мем падение напряжения на резисторах R* и Rэ соответственно 0,4 Ек и 0,2 Ек, Выбираем резисторы МЛТ-0,25 270 Ом и МЛТ-0,25 130 Ом.
  • 3. Напряжение между эмиттером и коллектором транзистора в рабочей точке икэо=Ек — !K(RK+Ra) = lQ — 15-10-3(270+130)=4 В. При Uкэо=4 В и Iк=15 мА по статическим выходным характеристи-
  • кам (рис. 94, а), определяем ток базы Iбо=200 мкА в рабочей точке О'. По входной статической характеристике транзистора (рис. 94, б) икэ=5 В для Iбо=200 мкА определяем напряжение смещения в ра­бочей точке О/Uбэо=0,22 В.
  • 4. Для определения входного сопротивления транзистора в точке О' проводим касательную к входной характеристике транзистора. Входное сопротивление определяется тангенсом угла наклона каса­тельной 
  • 5. Определение-делителя, напряжения смещения. Сопротивле­ние резистора R2 делителя принимают R2=(5-15)Rвх.э. Примем R2=6Rвх.э=6-270 =1620 Ом. Выбираем по ГОСТу резистор МЛТ-0,25 1,8 кОм. Ток делителя в каскадах предварительного уси­ления принимают Iд=(3-10)Iбо=(З-10) -200=600-2000 мкА. При­мем Iд=2 мА. Сопротивление резистора R1 делителя Выбираем по ГОСТу резистор МЛТ-0,25 3,9 кОм.
  • 6. Расчет емкостей. Емкость конденсатора межкаскадной свя­зи определяют, исходя из допустимых частотных искажений Ms, вносимых на низшей рабочей частоте Емкость конденсатора Примем электролитический конденсатор емкостью 47 мкФ с Uраб>ДURЭ=0,2 Eк=0,2-10=2 В.
Усилители с трансформаторной связью. Каскады предварительного усиления с трансформаторной связью обеспечивают лучшее-согласование усилительных каскадов по сравнению с каскадами с резисторной емкостной связью и применяются в качестве инверсных для подачи сигнала на двухтактный выходной каскад. Нередко трансформатор используют в качестве входного устройства.
Схемы усилительных каскадов с последовательным и параллельным включением трансформатора показаны на . Схема с последовательно включенным трансформатором не содержит резистора RK в коллекторной цепи, поэтому обладает более высо­ким выходным сопротивлением каскада, равным выходному сопро­тивлению транзистора, и применяется чаще. В схеме с параллельно включенным трансформатором требуется переходной конденсатор С. Недостатком этой схемы являются дополнительные потери мощно­сти сигнала в резисторе RK и снижение выходного сопротивления вследствие шунтирующего действия этого резистора. Нагрузкой трансформаторного каскада обычно служит относи­тельно низкое входное сопротивление последующего каскада. В этом случае для межкаскадной связи используют понижающие транс форматоры с коэффициентом трансформации n2=*RB/R'H <T, где RН — сопротивление нагрузки в коллекторной цепи, приведенное к первичной обмотке. Поскольку в понижающем трансформаторе ток во вторичной обмотке в nраз больше, чем в первичной (I2/I1=n или I2=nI1), схема с трансформаторной связью позволяет получить дополнительный выигрыш в усилении по току по сравнению с усилительными каскадами с емкостной связью.

Частотная характеристика усилителя с трансформаторной связью имеет снижение коэффициента усиления в области нижних и верхних частот. В области нижних частот спад коэффи­циента усиления каскада объясняется уменьшением индуктивного сопротивления обмоток трансформатора, вследствие чего возрастает их шунтирующее де.йствие входной и выходной цепей каскада и снижается коэффициент усиления К=Kо/[1 + 1/(wнтн)]. На средних частотах влиянием реактивных эле­ментов можно пренебречь. В области верхних частот на коэффициент уси­ления влияют емкость коллекторного перехода Ск и индуктивность рассеи­вания ls обмоток трансформатора. На некоторой частоте емкость Ск и индуктивность Is могут вызвать резонанс напряжения, вследствие че­го на этой частоте возможен подъем частотной характеристики. Иногда этим пользуются для коррекции час­тотной характеристики усилителя.