Эквивалентные схемы

Для составления эквивалентных схем ре­зисторных каскадов необходимо рассмотреть цепи протекания пере­менных составляющих токов УЭ. Для каскада на биполярном транзисторе (см. рисунок 2.23) цепь переменной составляющей коллекторного тока i _k̰~ следу­ющая: общий провод, конденсатор С _э, транзистор, далее одна со­ставляющая тока замыкается через резистор R и конденсатор С _ф2 на общий провод, а другая — через конденсатор С _р2 на общий провод через резистор Rl_cл и конденсатор С _ф2 (одна цепь), через резистор R2_cл (вторая цепь) и через входное сопротивление R_вх.сл и входную емкость С _{вх. сл} следующего каскада (третья цепь). Для каскада на полевом транзисторе цепь протекания тока i _и: общий провод, конденсатор С _ист, транзистор, далее одна составляющая тока замыкается на общий провод через резистор R и конденсатор С _ф, а другая — через конденсатор С _р2 на общий про­вод через резистор R _з.сл и входное сопротивление и входную емкость УЭ следующего каскада.

Цепь протекания переменной составляющей входного тока i _вх~ создаваемая ЭДС источника сигнала, для каскада на биполярном тран­зисторе: входной зажим 1 общего провода, далее ток i _вх~ разветвляет­ся на три составляющих: первая протекает к точке Б через резистор R2, вторая к точке Б через конденсатор Сэ и участок эмиттер—база транзистора, третья через конденсатор С _ф1 и резистор R1; далее ток i _вх~ от точки Б через конденсатор С _р1 протекает к зажиму 1 и через источник сигнала замыкается на общий провод. Аналогично можно показать и цени протекания тока i _вх~ в усилительных каскадах на полевом транзисторе.

Эквивалентные схемы резисторных каскадов на биполярном и по­левом транзисторах показаны на рисунках 2.25(а) и 2.25(б).

Эквивалентные схемы резисторного каскада на транзисторах для области нижних, средних и верхних частот приведены на рисунке2.26а, 2.26б и 2.26в соответственно.

а б в Рисунок 2.26-Обобщенные эквивалентные схемы    

Эквивалентная схема резисторного каскада в области нижних ча­стот получается исключением из его общей эквивалентной схемы ем­кости С₀. Для каскада на биполярном транзисторе эквивалентная схе­ма в области нижних частот показана на рисунке2.26(а). Последовательное и параллельное соединение сопротивлений обозначим через эквивалентные R_{нч экв} ,R₀

Анализ работы в ОНЧ

1. АЧХ в области НЧ имеет “завал”. Физически это объясняется тем, что конденсатор C_p включен последовательно с резистором R_н нагрузки. При уменьшении частоты сопротивление X_Cp = 1/ωC_p увеличивается, ток через резистор R_н уменьшается, следовательно, уменьшается выходное напряжение и коэффициент усиления K_0.

2. Коэффициент частотных искажений:

Отсюда, чем больше τ_н , тем меньше искажения. Так как τ_н= С_р(R_К + R_н), то увеличить τ_н практически можно путем увеличения номинала конденсатора С_р, которое обычно составляет десятые доли – единицы мкФ. При заданном М_н и ω_н можно найти значение емкости конденсатора С_р:

Если M_н = , что соответствует нижней граничной частоте, то

Величина С_р в этом случае находят так:

3. ФЧХ имеет отклонение от величины 180 , причем при

Анализ работы в ОСЧ

Эквивалентную схему резисторного каскада в области средних ча­стот (рисунок 2.26, б)получают, исключив из полной эквивалентной схемы резисторного каскада емкость C₀ и закоротив C_p.

Последовательное и параллельное включение сопротивлений заменим результирующим сопротивлением для переменного тока R~.

1. Коэффициент усиления в области средних частот не зависит от частоты K₀ = g_21Э R₂, что является следствием пренебрежимо малого влияния на него конденсаторов C_p и C_н.

2. Выходное напряжение U₂ находится в противофазе с входным напряжением U₁, поскольку .

3. Коэффициент усиления K₀ можно изменять путем подбора транзистора и рабочей точки (от этого зависит параметр g_21Э) либо, если последние выбраны, путем изменения сопротивления R_k. Однако требует увеличения напряжение источника питания E_K, а также приводит к увеличению частотных искажений в области высоких частот. При любом сопротивлении резистора R_K сопротивление резистора R₂ не может превышать нагрузочное сопротивление резистора R_н , поэтому сопротивление резистора R_K выбирают из условия получения необходимого коэффициента усиления K₀ при допустимых искажениях в области высоких частот (удовлетворение требований

По схеме замещения определим входное сопротивление:

Видно, что R_вх h_11Э, которое составляет сотни Ом, а иногда единицы кОм и зависит от выбора рабочей точки. Входное сопротивление R_вых усилителя будет несколько меньше сопротивления R_K,так как параллельно ему подключено выходное сопротивление транзистора (в схеме не показано). Поскольку выходное сопротивление транзистора R_вых.VT составляет десятки кОм, а сопротивление R_K- единицы кОм, то можно считать, что R_вых R_K.

Анализ работы в ОВЧ

Эквивалентная схема резисторного каскада в области верхних ча­стот (рисунок 2.26, в)получается исключением из эквивалентной схемы конденсатора C_{p .}

Последовательное и параллельное включение сопротивлений заменим результирующим сопротивлением для переменного тока R_{вч экв}.

Паразитная ёмкость С₀ = С_вых + С_вх + С_м, где:

С_вых – выходная емкость транзистора данного каскада;

С_вх – входная емкость транзистора следующего каскада;

С_м – емкость монтажа.

1. АЧХ в области ВЧ имеет “завал”. Физически это объясняется шунтирующим действием конденсатора C_н , сопротивление которого X_Cн = 1/ωС_н с ростом частоты уменьшается. Это приводит к тому, что часть тока ответвляется через конденсатор C_н , а то через резистор R_н уменьшается, следовательно, уменьшается и коэффициент усиления.

2. Коэффициент частотных искажений:

,

зависит от Так как в выражении регулировке поддается только резистор R_K (то есть R₂), то при заданных M_в и можно найти максимальное значение резистора R₂ (а затем и R_K):

Если это значение получается больше, чем номинал резистора R_н, то указанное неравенство выполняется при любом значении сопротивления резистора R_K. В случае, если M_в = , имеем

₂

3. ФЧХ имеет отклонение от величины 180 причем при получим:

.

4. Полоса пропускания усилителя:

Так как то можно считать, что ≈ ≈

Можно заметить, что произведение:

есть величина постоянная. Оно получило название площади усиления.

Так как , то очевидно, что при достижении большего уменьшается , и наоборот. Это соотношение также дает возможность определить требуемую крутизну характеристики транзистора.

Выводы: 1. Каскады предварительного усиления должны обеспечить усиление входного сигнала до уровня, который необходимо подать на вход оконечного каскада. 2. Каскадом предварительного усиления предъявляют следующие основные требования: получение максимального усиления от отдельного каскада; получение минимальных частотных, фазовых, переходных и нелинейных искажений сигнала. 3. Основным каскадом предварительного усиления является резисторный каскад. 4. Коэффициент усиления K₀ в области средних частот не зависит от частоты, так как конденсаторы C_p и C_н на него не влияют. Выходное напряжение U₂ находится в противофазе с выходным напряжением U₁, поскольку ₀(f_{ср) =} 180 _. 5. АЧХ в области нижних частот имеет “завал”, так как конденсатор С_р включен последовательно с резистором нагрузки R_н. При уменьшении частоты реактивное сопротивление конденсатора _{Cр =} увеличивается, ток через резистор R_н уменьшается, следовательно, уменьшается выходное напряжение U₂, а также коэффициент усиления K_н. ФЧХ имеет отклонение от величины 180

) = 180 .

6. АЧХ в области высоких частот также имеет “завал”, так как конденсатор C_н оказывает шунтирующее действие X_Cн =1/ωC_н. Ток через нагрузочный резистор R_н уменьшается, следовательно, уменьшается и коэффициент усиления K_в. ФЧХ имеет отклонение от величины 180 :

.

Контрольные вопросы:

1. Поясните назначение элементов резистивного усилителя.

2. Поясните принцип температурной стабилизации статического режима.

3. Покажите пути прохождения постоянной и переменной составляющих коллекторного тока в схеме резистивного усилителя на биполярном транзисторе.

4. Каково назначение конденсаторов в резистивном каскаде?

5. Как происходит стабилизация рабочей точки в предварительном усилителе на полевом транзисторе?

6. Почему входное сопротивление предварительного каскада на полевом транзисторе имеет большое значение?

7. Поясните принцип стабилизации тока истока в усилителях с ОИ.

8. Почему в первом каскаде предварительного усиления предпочтительнее полевой транзистор, а не биполярный?

9. Почему емкости конденсаторов C_о и C_P влияют на коэффициент усиления схемы и на вид АЧХ?

Дата добавления: 2014-11-16