Малосигнальный анализ методом эквивалентных схем

Схему замещения (эквивалентную схему) электронной цепи по переменному току получают из схемы электрической принципиальной, используя следующие правила:

– ветви источников постоянного тока размыкают;

– источники постоянных напряжений закорачивают;

– активные электронные компоненты представляют соответствующими условными графическими обозначениями либо замещают линеаризованными эквивалентными схемами для переменных сигналов;

– реактивные элементы закорачивают, если в рассматриваемом диапазоне частот их сопротивления переменному току сравнительно малы, и размыкают, если их сопротивления переменному току велики.

Для упрощения анализа иногда целесообразно составлять отдельные схемы замещения по переменному току для областей нижних, рабочих и верхних частот. При формировании схем замещения по переменному току для областей рабочих и верхних частот, как правило, закорачивают блокировочные, разделительные (входные, выходные, межкаскадные) конденсаторы, конденсаторы сглаживающих фильтров и другие, из назначения которых следует, что их сопротивление переменному току в рассматриваемом диапазоне частот должно быть мало.

При составлении схемы замещения по переменному току необходимо стремиться к максимально возможному упрощению и наглядности. Это имеет существенное значение для ускорения анализа и расчета электронных схем.

Рассмотрим формирование схем замещения по переменному току для двухкаскадного усилителя низкой частоты с общей отрицательной обратной связью по постоянному току (рис. 3.17). При составлении схемы замещения по переменному току исключаем из принципиальной схемы источник питания Е (так как это источник постоянного напряжения) путем закорачивания. Источник входного сигнала в схеме замещения по переменному току представлен идеальным источником переменной э.д.с. e_c с последовательным внутренним сопротивлением r_c, а нагрузка — ветвью с сопротивлением Z_н. В схеме замещения усилителя по переменному току для полного диапазона частот (рис. 4.4) учтены все реактивные элементы. Активные электронные компоненты (транзисторы VT1, VT2 и стабилитрон VD1) представлены соответствующими условными графическими обозначениями. Для устранения пересечения ветвей, содержащих резистор R2 и стабилитрон VD1, ветвь источника сигнала сделана внутренней ветвью.

Из назначения конденсаторов С1, С2 и С3 следует, что они должны иметь малое сопротивление переменному току в области рабочих частот. В связи с этим, в схеме замещения по переменному току для рабочего диапазона частот (рис. 4.5) ветви, содержащие эти конденсаторы, можно закоротить. При закорачивании конденсатора C3 ветви с сопротивлениями R2, R4, R5 образуют одну эквивалентную ветвь с сопротивлением

Рис. 4.4. Схема замещения усилителя низкой частоты по переменному току для полного диапазона частот

Рис. 4.5. Схема замещения усилителя низкой частоты по переменному току для рабочего диапазона частот

Пример. Для примера проведем расчет усилительного каскада (рис. 4.1).

Составим малосигнальную эквивалентную схему, соответствующую схеме рис. 4.1; для этого:

1. Источник постоянного напряжения замкнем накоротко (его сопротивление переменному току близко к нулю).

2. Заменим транзистор малосигнальной схемой замещения.

Полученная таким образом малосигнальная эквивалентная схема усилительного каскада изображена на рис. 4.6,а.

Для простоты примем, что сопротивления разделительных конденсаторов в рабочем диапазоне частот близки к нулю, а сопротивления R_Б и R_К велики (R_Б >> h_11Э, R_К >> R_Н). Тогда схема упрощается и приобретает вид рис. 3.36,б. Тогда для токов и напряжений транзистора запишем:

.

Рис. 4.6

Кроме того, добавим два уравнения, описывающие источник сигнала и нагрузку:

U_Кm = - R_Н I_Кm;

E_Эm = U_Бm + I_Бm R_г.

Из системы уравнений можно получить все расчетные формулы.

где: D h_э= h_22Э, h_11Э - h_12Э h_21Э.

Отметим, что, как правило, D h R_Н << h₁₁; D h << h₂₂R_Г и h₁₁<< R_Г.

Пусть, например h_11Э =0,14 кОм; h_12Э =4,3·10 ^-4; R_Н =1 кОм;

h_21Э =45; h_22Э =1,8·10 ^-4 См; R_Г =10 кОм.

При этом:

D h» 5·10 ^-3; ^D hR_Н =5,0 Ом<< h₁₁; h₂₂R_Г =1,8>> D h.

Следовательно:

KU = 45· 10 / 1,4=32;	RВХ = 0,14 кОм;
KI = 45;	RВЫХ = 50 кОм

Главное достоинство полученных с помощью схемы замещения соотношений в том, что они справедливы для любой схемы включения транзистора (ОБ, ОЭ, ОК).

Дата добавления: 2014-01-11