Резисторный каскад на транзисторе с общим эмиттером и емкостной межкаскадной связью

Резисторные каскады

Резисторным называется каскад с резистором в качестве нагрузки. В выходной цепи резисторного каскада имеются только резисторы или рези­сторы и конденсаторы. Следовательно, резисторный каскад соединяется со следующим только емкостной или гальвани­ческой связью. При этом транзистор в резисторном каскаде может быть включен как по схеме с общим эмиттером, так и по схеме с общим коллектором.

Резисторный каскад является основным каскадом, ис­пользуемым в предварительных усилителях. По сравнению с трансформаторным каскадом он проще и дешевле, так как строится на деталях массового производства - резисторах и конденсаторах, имеет малые габариты, а также малые ча­стотные и нелинейные искажения и помехи.

Основными показателями для предварительных каскадов являются коэффициенты усиления напряжения и тока, ча­стотные искажения и частотная характеристика. Нелинейные искажения в предварительных каскадах обычно невелики, так как мала амплитуда сигнала, и коэффициент гармоник не нужно определять. Если амплитуда сигнала велика, что бывает в последних из предварительных каскадов, то исход­ный режим, режим усиления и коэффициент гармоник опре­деляют по динамическим характеристикам.

Для транзисторных усилителей имеется несколько разно­видностей резисторного каскада в зависимости от схемы включения транзисторов и вида связи со следующим кас­кадом.

Наиболее распространен­ной является схема на транзисторе с общим эмиттером, даю­щая самое большое усиление сигнала. На рис. 41 приведена такая схема резисторного каскада с емкостной связью со сле­дующим каскадом.

Рис 41 Резисторный каскад на транзи­сторе с общим эмиттером и емкостной межкаскадной связью

Конденсатор связи С_с должен быть включен в схему рассматриваемого каскада. Элементы сме­щения R_б1 и R_б2 во входной цепи данного транзистора Т, не влияющие на усилительные свойства и искажения в его коллекторной цепи, при анализе резисторного каскада не учитываются, но имеется в виду, что они создают требуемый режим покоя.

Наиболее распространенный способ стабилизации ре­жима - эмиттерная стабилизация с помощью резистора R_э. Для исключения отрицательной обратной связи по переменному току резистор R_э зашунтирован конденсатором С_э. Назначение остальных элементов схемы также известно из предыдущих тем:

- R_к - коллекторная нагрузка, на которой создается усиленный сигнал,

- С_с - конденсатор связи, кото­рый разделяет каскады по постоянному току и передает сиг­нал на следующий каскад.

Влияние входной цепи следую­щего каскада учитывается как включение параллельно вы­ходу данного каскада входного сопротивления R_ВХ2 и вход­ной емкости С_с. При этом R_ВХ2 вычисляется как эквивалент­ное сопротивление параллельно включенных для переменной составляющей тока элементов смещения следующего каскадаR '_б1 и R ' _{б 2} и собственно входного сопротивления следующего транзистора для его схемы включения.

Постоянная составляющая тока, или иначе ток покоя коллектора I_ko, протекает от плюса источника питания + Е_к через резистор R_к транзистор Т и резистор R_эк минусу источника питания - Е _к. Рассматривая прохождение посто­янного тока, учитываем полярность источника питания для схемы с транзистором n-р-n-типа. Считая, что I_ко~I_эо, можно вычислить коллекторное напряжение покоя U_КО между кол­лектором и эмиттером по формуле:

При подаче на вход сигнала коллекторный ток пульси­рует, т. е. появляется еще и переменная составляющая тока i_k~,. Поскольку схема ОЭ переворачивает фазу напря­жения сигнала на 180°, то отрицательной полуволне сигнала на базе соответствует положительная полуволна на коллек­торе (знаки в скобках). В этот полупериод переменная со­ставляющая тока проходит от коллектора по внешней цепи к эмиттеру. Как видно из схемы, для переменного тока кол­лекторная цепь представляет две основных параллельных ветви. Часть тока пойдет от коллектора через R_к и источник питания (фактически через ближайший конденсатор развя­зывающего фильтра С_ф) на общий провод и далее через С_э к эмиттеру; другая часть - через конденсатор связи С_с и входное сопротивление R_вх2 следующего транзистора на об­щий провод, а далее также через С_э к эмиттеру. Эта часть является полезным током и представляет собой собственно выходной ток каскада I_вых, равный току входного сигнала следующего транзистора I_{вх сл}.

Рассмотрим эквивалентную схему и частотную характе­ристику резисторного каскада.

В полной эквивалентной схеме (рис. 42, а) выходная цепь транзистора Т1 заменена эквивалентным генератором с ЭДС, в K_хх раз большей, чем напряжение сигнала на входе U _вх, и внутренним сопротивлением, равным R_вых (R_хх - коэффи­циент усиления в режиме холостого хода). К этому генера­тору подключены все элементы коллекторной цепи, включая входную цепь следующего транзистора, влияние которой от­ражено его входным сопротивлением R_вх2 и входной емкостью С₀. В емкость С₀ входит емкость монтажа С_м, резко возрастающая в случае использования длинных шлангов к выносному регулятору громкости или к другому, конструк­тивно самостоятельному, усилителю.

Рис.42 Эквивалентные схемы резисторного каскада с емкостной связью:

а - полная, б - для средних ча­стот, в - для нижних частот,

г - для верхних частот

В полученной полной эквивалентной схеме имеется два реактивных элемента: С_с включено последовательно, а С₀ - параллельно выходу. По­этому они влияют в разных областях частот. На основании этого можно рассматривать упрощенные эквивалентные схемы отдельно для каждой области частот.

В области средних частот реактивные элементы не ока­зывают влияния, так как сопротивление большой емкости С_с мало, и на нем теряется малая доля сигнала, а сопротив­ление очень малой емкости С₀ велико и в него практически не ответвляется ток. Поэтому влиянием этих емкостей можно пренебречь. Эквивалентная схема содержит только R_к и R_вх2, которые составляют одно эквивалентное сопротивление на­грузки переменному току R_кос (рис. 42, б).

В области нижних частот возрастает сопротивление емко­сти С_с, и на нем теряется часть усиленного сигнала. Это учитывается в эквивалентной схеме (рис. 42, в). Влиянием малой емкости С₀ пренебрегаем, так как ее сопротивление очень велико по сравнению с R_вх2. Частотная характеристика имеет в области нижних частот спад тем больший, чем меньше емкость С_с и входное сопротивление следующего кас­када, т. е. чем меньше постоянная времени т_н на нижних частотах, зависящая от произведения этих величин. Учиты­вая небольшую величину R_вх в транзисторных каскадах, для уменьшения спада нижних частот необходимо иметь боль­шую величину емкости С_с. Поэтому используют низковольт­ные малогабаритные электролитические конденсаторы.

Рис. 43 Частотная характеристика резисторного каскада с емкостной связью

В области верхних частот уменьшается сопротивление емкости С₀, что приводит к уменьшению коэффициента уси­ления напряжения. Поэтому влиянием емкости С₀ нельзя пренебречь, а емкость С_с уже влияния не оказывает, так как ее сопротивление гораздо меньше, чем R_вх2. Эквивалентная схема для верхних частот показана на

рис. 42, г. Частотная характеристика имеет спад на верхних частотах тем боль­ший, чем больше емкость С₀ и сопротивление, которое она шунтирует, т. е. чем больше постоянная времени т_в. Ее можно вычислить как произведение емкости С₀ на выходное сопротивление каскада, определяемое параллельным вклю­чением R_вых транзистора и R_к~. Отсюда следует, что чем меньше выходное сопротивление каскада, тем меньше влияет емкость, действующая параллельно его выходу. Частотная характеристика резисторного каскада с емкостной связью дана на рис. 43.

Раздел 7. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ УСИЛИТЕЛЯ

Дата добавления: 2014-12-10