Усилитель напряжения на транзисторе – это электронная схема, предназначенная для увеличения амплитуды входного сигнала напряжения. Принцип работы основан на использовании транзистора как управляемого источника тока, где небольшой входной сигнал контролирует больший ток, протекающий через нагрузку, тем самым увеличивая выходное напряжение. Существуют различные схемы усилителей, отличающиеся по характеристикам и областям применения, включая общую базу, общий эмиттер и общий коллектор.
В основе работы любого усилителя напряжения на транзисторе лежит свойство транзистора изменять ток коллектора в зависимости от тока базы (для биполярных транзисторов) или напряжения затвора (для полевых транзисторов). Небольшое изменение входного сигнала приводит к существенному изменению тока в выходной цепи, что и обеспечивает усиление.
Для стабильной работы усилителя необходимо правильно выбрать режим работы транзистора, чтобы он находился в активной области. Это достигается путем установки рабочей точки (тока коллектора и напряжения коллектор-эмиттер) с помощью цепей смещения.
Существует три основных типа схем усилителей напряжения на транзисторе:
Это наиболее распространенная схема усилителя. Эмиттер транзистора является общим для входного и выходного сигналов. Усилитель ОЭ обеспечивает высокое усиление по напряжению и мощности, а также инверсию сигнала (то есть, выходной сигнал находится в противофазе с входным). Характеризуется умеренным входным сопротивлением и высоким выходным сопротивлением. Эта схема часто используется в предварительных усилителях и усилителях звуковой частоты.
Коллектор транзистора является общим для входного и выходного сигналов. Усилитель ОК имеет усиление по напряжению близкое к единице (меньше 1), но обеспечивает высокое усиление по току и низкое выходное сопротивление. Он используется в качестве буферного каскада для согласования импедансов.
База транзистора является общей для входного и выходного сигналов. Усилитель ОБ имеет низкое входное сопротивление и высокое выходное сопротивление. Он обладает хорошими частотными характеристиками и используется в высокочастотных усилителях и каскадах согласования.
Выбор конкретной схемы усилителя зависит от требований к усилению, входному и выходному сопротивлению, частотным характеристикам и другим параметрам.
При проектировании и анализе усилителей напряжения на транзисторе необходимо учитывать следующие параметры:
Рассмотрим пример расчета усилителя с общим эмиттером на биполярном транзисторе. Предположим, нам необходимо спроектировать усилитель с усилением по напряжению Ku = -10, входным сопротивлением Rвх ≈ 1 кОм и питанием от источника напряжения Vcc = 12 В. Используем транзистор BC547. (Данные по транзистору BC547 можно найти на сайте Sichuan Microvelo Semiconductor Co.,LTD)
Этап 1: Выбор рабочей точки
Выбираем ток коллектора Ic = 2 мА. Напряжение коллектор-эмиттер Vce = Vcc / 2 = 6 В.
Этап 2: Расчет резисторов смещения
Для стабильной работы усилителя необходимо использовать делитель напряжения в базе транзистора. Выбираем сопротивление резистора R2 = 10 кОм. Тогда сопротивление резистора R1 можно рассчитать по формуле:
R1 = R2 * (Vcc / Vb - 1), где Vb ≈ 0.7 В (напряжение база-эмиттер).
R1 ≈ 161 кОм. Выбираем ближайшее стандартное значение R1 = 160 кОм.
Этап 3: Расчет резистора в коллекторе (Rc)
Rc = (Vcc - Vce) / Ic = (12 В - 6 В) / 2 мА = 3 кОм. Выбираем ближайшее стандартное значение Rc = 3 кОм.
Этап 4: Расчет резистора в эмиттере (Re)
Для получения заданного усиления необходимо выбрать резистор в эмиттере Re. Приближенная формула для усиления:
Ku ≈ -Rc / Re.
Re ≈ Rc / |Ku| = 3 кОм / 10 = 300 Ом. Выбираем ближайшее стандартное значение Re = 300 Ом.
Этап 5: Расчет конденсаторов
Для развязки по постоянному току необходимо использовать конденсаторы на входе и выходе усилителя. Значение емкости конденсаторов выбирается исходя из минимальной рабочей частоты усилителя.
Этот пример является упрощенным и не учитывает множество факторов, таких как влияние температуры, разброс параметров транзисторов и т.д. Для более точного расчета необходимо использовать специализированные программы моделирования электронных схем, такие как Multisim или LTspice.
Усилители напряжения на транзисторах широко используются в различных областях электроники, включая:
В настоящее время наблюдаются следующие тенденции в разработке усилителей напряжения на транзисторах:
В заключение, усилитель напряжения на транзисторе остается важным компонентом современной электроники. Понимание принципов его работы и характеристик позволяет проектировать и использовать его в широком спектре приложений. Sichuan Microvelo Semiconductor Co.,LTD предлагает широкий выбор транзисторов для различных схем усилителей.
| Параметр | Общий Эмиттер (ОЭ) | Общий Коллектор (ОК) | Общая База (ОБ) |
|---|---|---|---|
| Усиление по напряжению | Высокое | ≈ 1 | Высокое |
| Усиление по току | Высокое | Высокое | ≈ 1 |
| Входное сопротивление | Среднее | Высокое | Низкое |
| Выходное сопротивление | Высокое | Низкое | Высокое |
| Инверсия сигнала | Да | Нет | Нет |
| Применение | УЗЧ, Предварительные усилители | Буферные каскады | ВЧ усилители |
