Первым делом - практика по первой части. Собрал эмиттерный повторитель по схеме, аналогичной, той которую прогонял в симуляторе. Транзистор взял типа 2SC9018 c h21э = 108.
Собрал быстренько на макетке.
Вот как изменялось напряжение в точке А и Б, в зависимости от сопротивления резистора R1.
На вход подавал сигнал от генератора с частотой 100 кГц.
Вверху - сигнал в точке Б, внизу - в точке А. Сигнал амплитудой 2 В усиливается без искажений. При увеличении амплитуды выше 4 В начинается его ограничение снизу.
При R1 = 680 кОм и напряжении в точке В 1,1 В ограничение наступало при меньшем уровне входного сигнала.
Так что практика вполне подтверждает теорию.
Переходим к простейшей схеме усилителя, где транзистор включен по схеме с общим эмиттером. Для этого нужно вго лишь перенести резистор R2 из цепи эмиттера в цепь коллектора.
Я подобрал такое значение резистора R1, чтобы на коллекторе было напряжение, равное 1/2 Uпит, т.е. 4 В. При этом ток базы составил 40 мкА, а ток коллектора - 4 мА, т.е. коэффициент усиления 100. Такой же был и у эмиттерного повторителя, а усиление по напряжению у него, как помните, было чуть меньше единицы. Уровень переменного напряжения в цепи базы настолько мал (5 мВ), по сравнению с переменным напряжением на коллекторе (1,4 В), что его синусоида на графике выглядит прямой линией.
А вот у каскада с общим эмиттером усиление по переменному току гораздо больше единицы. Вот у данного усилителя амплитуда входного напряжения 5 мВ (частота 100 кГц), а выходного - 700 мв. Соответственно, коэффициент усиления по переменному току будет Кус = 700 : 5 = 140, что почти в полтора раза больше, чем по постоянному току.
Увеличим начальный ток базы, так, чтобы напряжение на коллекторе уменьшилось до 2 В.
Iб = 60 мкА, Iк = 6 мА, h21э = 100. А вот усиление по переменному току увеличилось с 140 до 200.
Давайте увеличим сопротивление R2 до 10 кОм и увеличим сопротивление R1 тоже в 10 раз.
Токи базы и коллектора уменьшились тоже в 10 раз, а h21э = 100 и Кус =200 остались прежними.
Еще уменьшу напряжение на коллекторе - до 1 В.
Сигнал на выходе ограничен снизу. Попробуем уменьшить входной сигнал, чтобы он не искажался. Оказалось, что это происходит при входном сигнале амплитудой 2 мВ.
При этом амплитуда выходного сигнала - 520 мВ, т.е. в этом случае Ку = 520 : 2 = 260.
А вот в приемнике прямого преобразования В.Т. Полякова в первом каскаде УНЧ сопротивление нагрузки аж 43 кОм и даже более - 62 кОм. В этом случае транзистор работает в режиме микротоков. Попробуем смоделировать этот режим.
Iб = 1,8 мкА, Iк = 170 мкА, h21э = 100. При амплитуде входного сигнала 1 мВ сигнал на выходе уже имеет ограничение, а вот при 0,5 мВ - он вполне синусоидальный и при этом амплитуда сигнала на выходе около 150 мВ, т.е. Кус = 300.
Но высокое сопротивление нагрузки транзистора хоть и дает высокий коэффициент усиления, но к выходу этого каскада можно подключать только каскад с высоким входным сопротивлением. Проделаем эксперимент: подключим резистор R3, имитирующий входное сопротивление следующего каскада.
Резистор сопротивлением 1 МОм (входное сопротивление каскада на полевом транзисторе), не влияет на уровень выходного напряжения. А вот уменьшение его сопротивления до 100 кОм снижает уровень с 150 мВ до 100 мВ - на треть! А если возьмем сопротивление этого резистора 10 кОм, то амплитуда сигнала уменьшается до 30 мВ!
Теперь об искажениях. Если на вход эмиттерного повторителя можно подавать сигнал с амплитудой чуть меньше 1/2 Uпит, то амплитуда входного сигнала, которую можно подать на вход каскада с общим эмиттером (ОЭ) с Ку = 100 составляет единицы - десятки мВ. На рис. 6 на вход подается сигнал с амплитудой 5 мВ и искажений нет. А подадим 30 мВ.
А здесь уже искажение сигнала с ограничением сверху. Увеличим амплитуду входного сигнала до 100 мВ.
Обратите внимание, что в эмиттерном повторителе сигнал ограничивался снизу, а в схеме с ОЭ - сверху.
Каков вывод из изложенного?
Во-первых, усиление каскада с ОЭ по переменному току больше, чем по постоянному и усиление увеличивается с уменьшением напряжения постоянного тока на коллекторе транзистора, т.е. при переходе в режим микротоков. Но при этом уменьшается уровень неискаженного сигнала, т.е. уровень входного сигнала должен быть достаточно мал.
Во-вторых, установить нужное напряжение постоянного тока на коллекторе можно изменяя сопротивление резистора R1: при увеличении его сопротивления напряжение на коллекторе уменьшается и наоборот. Увеличение сопротивления R2, при неизменном сопротивлении R1, приводит к уменьшению напряжения на коллекторе.
В третьих, входное сопротивление следующего каскада должно быть не менее чем в 5-10 раз больше, чем сопротивление резистора нагрузки R2.
В четвертых, прикиньте, стоит ли выжимать максимальное усиление из одного каскада, рискуя нарваться на искажение сигнала, или лучше поставить два каскада усиления. Например, один каскад с Ку=400 или два каскада с Ку=20 - итог одинаков (20х20 = 400).
Всем здоровья и успехов!
