Основным назначением резисторного усилителя является усиление напряжения. Он имеет простую схему, малые размеры и достаточно хорошие электрические характеристики. Резисторные усилительные каскады получили широкое распространение в видеоусилителях, усилителях звуковых частот (усилителях низких частот), усилителях постоянного тока. Эти усилители широко используются в информационных системах, в радиопередающих и радиоприемных устройствах, в устройствах автоматики и т.д [1,2,3].
Рассмотрим принципиальные схемы резисторного усилительного каскада на биполярном транзисторе и выясним назначение элементов [4]. Предположим, что усилительный каскад является промежуточным каскадом многокаскадного усилителя.
Рисунок Схемы резисторного усилителя напряжения
на биполярном транзисторе:
а – схема с фиксированным током базы;
б – схема с фиксированным напряжением базы
Резистор Rк является коллекторной нагрузкой транзистора. Он обеспечивает динамический режим работы транзистора – режим усиления [5,6].
Конденсатор С2(С1) называется разделительным. Этот конденсатор отделяет по постоянной составляющей базу транзистора последующего каскада, имеющую низкий потенциал, от коллектора транзистора предыдущего каскада, имеющего высокий потенциал, и служит для передачи переменного напряжения с коллектора предыдущего транзистора на базу последующего. Резисторный усилитель напряжения работает в режиме класса А.
В простейшем резисторном усилителе напряжения на биполярном транзисторе напряжение смещения на базе транзистора Uб0, задающее рабочую точку на середине прямолинейного участка динамической входной характеристики, создается с помощью дополнительного источника Еб. Для упрощения и удешевления схемы смещение во входные цепи транзисторов целесообразно подавать от источника коллекторного питания, при этом усилитель будет иметь только один источник питания [7,8,9].
На рис.,а отрицательное смещение на базу транзистора подается через резистор Rб, сопротивление которого во много раз больше сопротивления участка «база – эмиттер» постоянному току. При этом постоянный ток базы Iб0, текущий через Rб, приближенно равен Ек/Rб и не меняется при изменении температуры, старении и замене транзистора; поэтому такой способ подачи смещения называется смещением фиксированным током базы. Напряжение смещения на базе
Uб0 = – Ек + Iб0Rб.
На рис.,б смещение на базу подается от делителя напряжения, образуемого резисторами R1 и R2 и подключенного к источнику коллекторного питания. Если сопротивление делителя, равное по отношению к цепи базы параллельному соединению R1 и R2, много меньше сопротивления участка «база – эмиттер» постоянному току, напряжение смещения Uб0 практически не будет меняться при изменении температуры, старении и замене транзистора [10]. Этот способ смещения называют смещением фиксированным напряжением участка «база – эмиттер». Для устранения влияния тока базы Iб0 на напряжение Uб0 необходимо, чтобы ток делителя IД >> Iб0. Тогда, как уже говорилось выше, ни изменение температуры, ни старение и замена транзистора не изменят напряжение Uб0. Однако для выполнения неравенства IД >> Iб0 приходится уменьшать сопротивление делителя R1, R2, что приводит к снижению входного сопротивления схемы и увеличению потребления тока от источника питания. Напряжение смещения
Uб0 = – Ек + UR1= – Ек + (IД+Iб0)R1.
Многие типы современных транзисторов имеют разброс статического коэффициента усиления по току h21Э. Так как Iк.рт ≈ h21ЭIб0, замена транзистора в каскаде со смещением фиксированным током базы может значительно изменить постоянный ток коллектора Iк.рт, что совершенно недопустимо [11,12,13]. Изменение температуры при этом способе подачи смещения также приводит к изменению постоянного тока коллектора Iк.рт в основном за счет изменения обратного тока коллекторного р–п-перехода Iк0. Режим с фиксированным током базы оказывается недостаточно устойчивым. При смещении фиксированным напряжением участка «база – эмиттер» старение и замена транзистора, изменение температуры меньше влияют на постоянный ток коллектора Iк.рт; поэтому смещение фиксированным напряжением участка «эмиттер – база», несмотря на расход мощности источника питания в делителе, находит более широкое применение [14].
Библиографический список
- Интегральные микросхемы в системах управления производственными процессами: моногр. / Э.М. Пинт, И.Н. Петровнина, И.И. Романенко, К.А. Еличев.. – Пенза: ПГУАС, 2014. – 140 с.
- Оптимизация устройства агрегации микрометрических тел с встречновращающимися лентами Мёбиуса: монография / А.В. Яшин, В.С. Парфенов, В.Н. Стригин, И.Н. Сёмов.– Пенза: ПГУАС, 2014 – 164 с.
- Кухарев, О.Н. Результаты исследований барабанного дражиратора / О.Н Кухарев, И.Н. Сёмов, А.М. Чирков // Нива Поволжья . – 2010. – №1 – С. 54-57.
- Кухарев, О.Н. Эффективность применения барабанного дражиратора с вращающимся дном / О.Н Кухарев, И.Н. Сёмов, А.М. Чирков // Тракторы и сельхозмашины. – 2011. –№ 9. – С. 34-36.
- Нохрин, А.Н. Электротехника и электроника. Ч 2. Электроника [Текст]: учеб. пособие / А.Н. Нохрин, А.К. Кудрявцева. – Череповец: Изд-во ГОУ ВПО ЧТУ, 2007.
- Пинт, ЭМ. Резисторный усилитель напряжения: теоретические сведения, расчет и применение [Текст]: моногр. / Э.М. Пинт [и др.]. – Пенза: Изд. ПГУАС, 2012.
- Пинт, Э.М. Основы теории, расчета линейных электрических цепей и электроснабжения объектов [Текст]: учеб. пособие / Э.М. Пинт [и др.]. – Пенза: Изд. ПГУАС, 2012.
- Ларюшин, Н.П. Механизация технологического процесса дражирования семян сахарной свеклы: монография / Н.П. Ларюшин, О.Н Кухарев, И.Н. Сёмов, А.М. Чирков // Пенза: 2012. – 102 с.
- Сёмов, И.Н. Разработка и обоснование конструктивно-режимных параметров дискового высевающего аппарата с подпружиненным выталкивателем семян сахарной свеклы [текст]: дисс. … канд. техн. наук: 05.20.01: защищена 15.06.2007 утв. 02.11.2007 / Сёмов Иван Николаевич. – Пенза, 2007 – 130 с.
- Оптимизация устройства с эластичным элементом для дозирования калиброванных сыпучих материалов: монография [текст] / Н.П Ларюшин, И.Н. Семов. О.Н. Кухарев, И.И. Романенко// Пенза: ПГУАС, 2014. – 172 с.
- Пинт Э.М., Сёмов И.Н. Классификация интегральных микросхем // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/02/48130 (дата обращения: 23.04.2015).
- Пинт Э.М., Сёмов И.Н. Проблемы конструирования микроэлектронной аппаратуры // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/03/48213 (дата обращения: 23.04.2015).
- Пинт Э.М., Сёмов И.Н. Классификация полупроводниковых электронных приборов // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/03/49993 (дата обращения: 23.04.2015).
- Пинт Э.М., Сёмов И.Н. Режимы работы транзистора в усилителях // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/03/50001 (дата обращения: 23.04.2015).