Принцип работы усилителя
Принцип работы усилителя рассмотрим на примере усилительного каскада (см. рис. 2.8, а). В отсутствие усиливаемого сигнала при подаче на эмиттерный и коллекторный переходы напряжения смещения в цепях транзистора проходят постоянные токи во входной цепи и в выходной, а на входных и выходных зажимах (нуль в индексах величин означает, что рассматривается режим по постоянному току) устанавливаются, соответственно, напряжения , равное напряжению смещения на эмиттерном переходе, и , определяемое ЭДС источника питания EK и сопротивлением резистора RK в соответствии с уравнением (2.23).
Как было сказано ранее, эти значения токов и напряжений определяют положение точки на статических характеристиках, которую называют начальной рабочей точкой.
Если на вход усилителя подается сигнал, например синусоидальной формы (рис. 2.10, а), то он алгебраически суммируется с постоянным напряжением смещения на эмиттерном переходе, и рабочая точка А перемещается между точками В и С.
В отрицательные полупериоды напряжение сигнала складывается с отрицательным напряжением смещения, напряжение смещения базы увеличивается, в результате чего увеличивается ток базы и коллекторный ток и рабочая точка плавно перемещается из положения А и А', соответственно, в положение С и С'. В положительные полупериоды напряжение сигнала, складываясь с отрицательным напряжением смещения, снижает напряжение смещения базы, поэтому токи базы и коллектора уменьшаются, а рабочая точка плавно перемещается в положение В и В'. На выходной характеристике, соответственно, С" и В". Токи и изменяются в фазе с изменениями мгновенного значения суммарного напряжения. В цепи источник ЭДС смещения – коллекторный переход проходит пульсирующий ток, состоящий из постоянной и переменной составляющих тока. Переменная составляющая тока создаст на резисторе RK падение напряжения, амплитуда которого равна амплитуде выходного сигнала . При этом напряжение на резисторе изменяется синфазно, а выходное напряжение находится в противофазе с напряжением сигнала (рис. 2.10, в). При большом сопротивлении RK амплитуда выходного сигнала значительно больше амплитуды напряжения входного сигнала (напряжение сигнала порядка десятка милливольт, ток – десятка микроампер, а выходное напряжение порядка нескольких вольт, ток – нескольких миллиампер). Таким образом, в приборе происходит усиление как напряжения, так и тока сигнала, а следовательно, и мощности.
КПД усилителя равен отношению мощности сигнала на выходе PBЫX к мощности, потребляемой активным элементом от источника питания P0. В рассмотренном случае КПД усилителя
(2.24)
причем, поскольку , КПД усилителя (по схеме с ОЭ) меньше 50%.