Усилители

Усилители

3.1. Усилители исследуемых сигналов

При получении информации о значениях контролируемых параметров с помощью датчиков-преобразователей, рассмотренных выше, уровень сигнала датчика в ряде случаев бывает недостаточен для его транслирования по проводным каналам связи даже на незначительные расстояния, например U дат = n 10-2… n 10-1, В.

При транслировании потенциальных сигналов высокого уровня

(U дат = n 101, В) на значительные расстояния  (S > n 101, м) уровень полезного сигнала также может снизиться до недопустимого значения за счет падения напряжения на проводном участке линии связи.

В обоих случаях для исключения  падения напряжения на участке электрической цепи применяют всевозможные электронные усилители.

3.1.1. Транзисторный усилитель

Классическим примером однокаскадного транзисторного усилителя является устройство, представленное на рис.3.1.

Рис.3.1. Однокаскадный транзисторный усилитель

Для анализа работы транзисторного усилителя, выполненного по схеме с общим эмиттером (рис.3.1,а), обычно используют выходную характеристику (рис.3.1,б). Точка «А» соответствует полному открытию транзистора, точка «В», полному закрытию, точка «С» средняя рабочая точка.  Для устранения искажений усиленного сигнала датчика-преобразователя усилитель предварительно выводят на рабочую точку путем подачи на базу транзистора положительного смещения.

В соответствии с законом Кирхгофа  ΣIвх  = ΣIвых. Тогда из анализа схемы (рис.3.1,а) следует:

Iк + Iб – Iэ = 0,           (2.7)

Iк = Iэ – Iб,      (2.8)

То есть с ростом Iб значение Iк должно снижаться. Однако значение Iэ при Е = constant  определяется степенью открытия транзистора, пропорциональной значению Iб. В свою очередь, значение  Iк является функцией Iэ и Iб (2.8).

Исследования            полупроводниковых транзисторов позволили

установить соотношение

Iк         β,

Iэ Iк

(2.9)

где β – коэффициент усиления по току.

Для практического использования обычно применяют выражение

Iк = β Iб           (2.10)

Современные транзисторы малой и средней мощности имеют,

как правило, β = 20…100.

Из анализа выходной характеристики видно, что с ростом Iб, связанным с увеличением уровня входного сигнала Uдат, транзистор все более открывается, Iк  возрастает и на Rк  падает все большее напряжение.  При этом  амплитуда  выходного  сигнала  Uвых    снижается.

Таким образом, однокаскадный транзисторный усилитель является аналоговым инвертором. Для получения усиленного неинвертированного сигнала применяют двухкаскадные транзисторные усилители.

Недостатком транзисторных усилителей является наличие в усиленном сигнале постоянной составляющей Uкэо.