При розрахунку підсилювальних каскадів на напівпровідникових елементах потрібно знати багато теорії. Але якщо потрібно зробити найпростіший УНЧ, то достатньо підібрати транзистори по струму і коефіцієнту підсилення. Це основне, потрібно ще визначитися з тим, в якому режимі повинен працювати підсилювач. Це залежить від того, де планується його використовувати. Адже посилювати можна не тільки звук, але і ток – імпульс для управління яким-небудь пристроєм.

Види підсилювачів

Коли реалізуються конструкції підсилювальних каскадів на транзисторах, потрібно вирішити кілька важливих питань. Відразу визначитеся з тим, в якому з режимів буде працювати пристрій:

А – лінійний підсилювач, на виході присутній струм в будь-який момент часу роботи.

В – струм проходить тільки протягом першого напівперіоду.

З – за високого ККД нелінійні спотворення стають сильнішими.

D і F – режими роботи підсилювачів в режимі «ключа» (перемикача).

Поширені схеми транзисторних підсилювальних каскадів:

З фіксованим струмом в ланцюзі бази.

З фіксацією напруги в базі.

Стабілізація колекторної ланцюга.

Стабілізація емітерної ланцюга.

УНЧ диференціального типу.

Двотактні підсилювачі НЧ.

Щоб зрозуміти принцип роботи всіх цих схем, потрібно хоча б коротко розглянути їх особливості.

Фіксація струму в ланцюзі бази

Це найпростіша схема підсилювального каскаду, яка може використовуватися в практиці. За рахунок цього її широко використовують початківці радіоаматори – повторити конструкцію не складе праці. Ланцюги бази і колектора транзистора живляться від одного джерела, що є перевагою конструкції.


Але у неї є і недоліки – це сильна залежність нелінійних і лінійних параметрів УНЧ від:

Живлячої напруги.

Ступеня розкиду параметрів напівпровідникового елемента.

Температури – при розрахунку підсилювального каскаду обов'язково треба враховувати цей параметр.

Недоліків досить багато, вони не дозволяють застосовувати такі устрою в сучасній техніці.

Стабілізація напруги бази

В режимі А можуть працювати підсилювальні каскади на біполярних транзисторах. А ось якщо здійснити фіксацію напруги на базі, то можна використовувати навіть полевики. Тільки це буде фіксація напруги не бази, а затвора (назви висновків у таких транзисторів інші). В схему замість біполярного елемента встановлюється польовий, нічого переробляти не доведеться. Потрібно тільки підібрати опору резисторів. Стабільністю такі каскади не відрізняються, основні його параметри при роботі порушуються, причому дуже сильно. Зважаючи на вкрай поганих параметрів така схема не використовується, замість неї краще на практиці застосувати конструкції зі стабілізацією ланцюгів колектора або емітера.

Стабілізація колекторної ланцюга

При використанні схем підсилювальних каскадів на біполярних транзисторах зі стабілізацією колекторної ланцюга виходить зберегти на його виході близько половини від значення напруги живлення. Причому відбувається це у відносно великому діапазоні живлячих напруг. Робиться це за рахунок того, що є негативний зворотний зв'язок.
Такі каскади отримали широке поширення в підсилювачах високих частот – УРЧ, РЕЧНИКА, буферних пристроях, синтезаторах. Такі схеми застосовуються в гетеродинних радіоприймачах, передавачах (включаючи мобільні телефони). Сфера застосування таких схем дуже велика. Звичайно, у мобільних схема реалізується не на транзисторі, а на складеному елементі – один маленький кристал кремнію заміняє величезну схему.

Эмиттерная стабілізація

Ці схеми можна часто зустріти, так як у них є явні переваги – висока стабільність характеристик (якщо порівнювати з тими, про які було розказано вище). Причина – дуже велика глибина зворотного зв'язку по струму (постійного). Підсилювальні каскади на біполярних транзисторах, виконані зі стабілізацією емітерної ланцюга, використовуються в радіоприймачах, передавачах, мікросхемах для підвищення параметрів пристроїв.

Диференціальні підсилювальні пристрої

Диференціальний підсилювальний каскад використовується досить часто, в таких пристроїв дуже висока ступінь стійкості до перешкод. Для живлення таких пристроїв можна застосовувати низьковольтні джерела – це дозволяє зменшити габарити. Дифусилитель виходить, якщо поєднати емітери двох напівпровідникових елементів на одній опорі. «Класична» схема диференціального підсилювача представлена на малюнку нижче. Такі каскади дуже часто застосовуються в інтегральних мікросхемах, операційних підсилювачах, РЕЧНИКА, приймальниках ЧМ-сигналів, радиотрактах мобільних телефонів, змішувачах частот.

Двотактні підсилювачі

Двотактні підсилювачі можуть працювати практично в будь-якому режимі, але найчастіше використовується Ст. Причина – ці каскади встановлюються виключно на виходах пристроїв, а там потрібно підвищувати економічність, щоб забезпечити високий рівень ККД. Реалізувати схему двотактного підсилювача можна як на напівпровідникових транзисторах з однаковим типом провідності, так і з різним. «Класична» схема двотактного підсилювача на транзисторах представлена на малюнку нижче.
Незалежно від того, в якому режимі роботи підсилювальний каскад знаходиться, виходить істотно зменшити кількість парних гармонік у вхідному сигналі. Саме це є головною причиною широкого розповсюдження такої схеми. Двотактні підсилювачі часто використовуються в КМОН-елементів і інших цифрових елементах.

Схема з загальною базою

Така схема включення транзистора зустрічається відносно часто, вона є четирехполюсником – два входи і стільки ж виходів. Причому один вхід є одночасно і виходом, з'єднується з виводом «база» транзистора. До неї підключається один висновок від джерела сигналу і навантаження (наприклад, динамік). Щоб живити каскад з загальною базою, можна застосувати:

Схему фіксації струму бази.

Стабілізацію напруги бази.

Колекторну стабілізацію.

Емітерний стабілізацію.

Особливість схем із загальною базою – дуже низьке значення вхідного опору. Воно дорівнює опору емітерного переходу напівпровідникового елемента.

Схема із загальним колектором

Конструкції такого типу теж використовуються досить часто, це чотириполюсник, у якого два входи і стільки ж висновків. Дуже багато подібностей зі схемою підсилювального каскаду з загальною базою. Тільки в цьому випадку колектор є загальною точкою підключення джерела сигналу і навантаження. Серед переваг такої схеми можна виділити її високий опір по входу. Завдяки цьому вона часто застосовується в підсилювачах низьких частот. Для того щоб живити транзистор, необхідно використовувати стабілізацію струму. Для цього ідеально підходить эмиттерная і колекторна стабілізація. Потрібно врахувати, що така схема не може інвертувати вхідний сигнал, не посилює напругу, саме з цієї причини її називають «эмиттерним повторювачем». Такі схеми мають дуже велику стабільність параметрів, глибина ОС по постійному струму (зворотного зв'язку) майже 100%.

Загальний емітер

Підсилювальні каскади із загальним емітером мають дуже великий коефіцієнт підсилення. Саме з використанням таких схемних рішень будуються високочастотні підсилювачі, що використовуються в сучасній техніці, системах GSM, GPS, в бездротових мережах Wi-Fi. У чотириполюсника (каскаду) є два входи і стільки ж виходів. Причому емітер з'єднаний одночасно з одним висновком навантаження і джерела сигналу. Для живлення каскадів з загальним емітером бажано використовувати двухполярние джерела. Але якщо це зробити неможливо, допускається використання однополярних джерел, тільки домогтися високої потужності навряд чи вийде.