Принцип электронного усиления

Простейшая схема усилительного каскада на биполярном транзисторе.

Рис. 1

Содержит транзистор и резистор R_К, включенный в цепь коллектора последовательно с источником питания. Во входной цепи последовательно с источником переменного усиливаемого напряжения u_ВХ включен источник постоянного напряжения смещения U_СМ. Переменная составляющая тока коллектора, протекающая через R_К, выполняющий функции коллекторной нагрузки, может быть снята с коллектора, например, через разделительный конденсатор.

Рассмотрим работу этого каскада. В исходном состоянии или режиме покоя входное напряжение рано нулю. При этом напряжение на базе равно U_СМ, а ток коллектора и напряжение на нём в исходной рабочей точке равны I_K0 и U _K0=E_П- I_K0 R_К.

Пусть теперь подаётся входное переменное напряжение u_ВХ=U_mВХsinwt. Это входное напряжение изменяет по гармоническому закону ток базы. А так как ток коллектора пропорционален току базы I_к=bI_б, то оно дополнительно открывает транзистор, увеличивая ток коллектора, в первый полупериод, и частично закрывает, уменьшая ток коллектора, во второй. В результате ток коллектора изменяется около значения в исходной рабочей точке тоже по закону синуса: i_К=I_К0+I_mКsinwt. Мгновенное значение напряжения коллектор-эмиттер u_К=U_К0+U_mКsinwt, где U_mК= R_КI_mК – амплитуда его переменной составляющей. Здесь R_К играет преобразователя тока в напряжение.

При достаточно большом R_К оказывается U_mК>U_mВХ, т.е. каскад создаёт усиление по напряжению. Благодаря большому внутреннему сопротивлению входной цепи транзистора включение сопротивления R_К почти не уменьшает амплитуду переменного тока коллектора, т.е. транзистор выступает в роли управляемого генератора сигнального тока, а R_К – в роли преобразователя этого тока в сигнальное напряжение.

Так же при достаточно малом R_К обеспечивается и усиление по току, то есть оказывается, что I_mК>I_mВХ. А так как P=UI ,то в этом случае следует говорить об усилении мощности, то есть P_вых>P_вх. То есть мощность выходного сигнала больше мощности входного.