Различают несколько режимов работы усилительных каскадов: режим класса А; режим класса В; режим класса С и ключевой режим класса Д. Режимы перечисленных классов определяются выбором рабочей точки «по постоянному току».

В режиме класса А ток во входной и выходной цепи транзистора течет с достаточным запасом по величине на протяжении всего рабочего времени независимо от того, есть на входе полезный переменный сигнал, или его нет.

Более экономичным является режим класса В. Этот режим характерен для каскадов мощного усиления. В данном режиме рабочая точка покоя выбирается в начале рабочей области транзистора - за областью нелинейности. Транзистор в этом случае только «приоткрыт» и поэтому расход электроэнергии незначителен. Но тогда, если представить входной сигнал синусоидой, усиливаться будет только одна «полуволна» переменного сигнала, допустим положительная, так как вторая попадет в область отсечки, как это показано на рисунке 33. 

Рисунок 33 – Работа усилительного каскада в режиме класса В

Практические рекомендации для расчета. Допустим, заданы технические условия и характеристики на проектирование маломощного низкочастотного усилителя, а именно: 

 U_{m вх}, мВ – амплитудное значение сигнала источника;

U_{m вых} , В – амплитудное значение напряжения на выходе усилителя;

R_н ,кОм – сопротивление в цепи нагрузки усилителя;

F_н  F_в ,кГц – диапазон усиливаемых частот;

М_в = М_н = 1,18 – коэффициент частотных искажений;

t^o_окр ,^оС – рабочая температура усилителя;

Ек, В – напряжение питания в цепи коллектора;

Rи – внутреннее сопротивления источника сигнала (внутреннее сопротивление генератора).

Может быть и такой вариант, задан требуемый коэффициент усиления по напряжению при известных параметрах источника сигнала.

В начале проектирования можно предположить, что усилитель низких частот будет реализован по трёхкаскадной схеме. Для многокаскадного усилителя общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов

К = К₁ К₂……….К_n

Связь между каскадами будет осуществляться при помощи разделительных конденса­торов, чтобы предотвратить влияние по постоянному току одного каскада на другой.

Для первого каскада наиболее применимой на практике в усилителях низкой частоты малой мощности является схема с общим эмиттером, представленная на рисунке 34.

Рисунок 34 – Схема каскада усиления с общим эмиттером [2].

Расчет схем усилителей является итерационным процессом, т.е., после расчета всего тракта усиления и расчетной оценки, например, общего коэффициента усиления может появиться необходимость пересчета некоторых каскадов. Расчет может вестись с конечного каскада, когда задана мощность на выходе усилителя и параметры нагрузки, а можно начинать расчет с первого каскада, когда заданы параметры датчика (внутреннее сопротивление датчика (источника сигнала) – Rг, его выходной сигнал –Е_и) и, при этом необходимо обеспечит заданный коэффициент усиления или амплитуду выходного напряжения и некоторые другие требуемые характеристики усиления.

Есть специальные схемные решения усилителей, когда требуется обеспечить усиление крайне малых амплитуд входного сигнала соизмеримых с уровнем шума усилителя, тогда используются «низкошумящие» биполярные транзисторы или полевые транзисторы.

Расчет первого каскада, который является предварительным, можно осуществит аналитически или графоаналитически, используя вольт- амперные характеристики транзистора. Для каскадов предварительного усиления рекомендуется аналитический расчет, а для мощного усилителя необходимо использовать графоаналитический метод. Но в данном случае будут в качестве примера использованы оба метода. 

Расчет каскада усилителя выполняется, как правило, в три этапа: оценка предельных параметров работы каскада и выбор транзистора,  расчет по постоянному току и расчет по переменному току.

Оценка предельных параметров и выбор транзистор. К предельным параметрам транзистора относятся:  максимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора, которое выбирается из соотношения Uкэмах = 1,2 * Ек. Так как, токи в коллекторной цепи усилителей малой мощности довольно низкие (рекомендуется выбирать ток коллектора в пределах от 1мА до 3 мА [9]), то выбор транзистора рекомендуется осуществлять по двум параметрам- напряжению Uкэмах и максимальной частоте Fм. При этом желательно выбрать транзистор типа n - p - n с большим статическим коэффициентом усиления по току h_21э. В справочнике приводятся минимальное и максимальное значения этого коэффициента- ориентируются на минимальное значение.

ЛЕКЦИЯ 9