- •2. Аналоговые электрические устройства
- •2.1. Общие сведения. Классификация и основные характеристики усилителей.
- •2.1.1. Общие сведения об усилителях.
- •2.1.2. Классификация усилителей.
- •2.1.3. Основные характеристики усилителя
- •2.1.3.1. Коэффициент усиления
- •2.1.3.3 Входное и выходное сопротивления
- •2.1.3.4. Искажение сигналов в усилителе
- •2.1.3.5. Переходные характеристики
- •2.1.4 Типовые функциональные каскады полупроводникового усилителя.
- •2.1.5. Математическое описание усилительных устройств
- •2.1.6. Представление передаточной функции элементарными звеньями
- •2.1.7. Частотные характеристики усилительных устройств
- •2.2. Обратные связи. Понятие устойчивости.
- •2.2.1. Обратная связь
- •2.2.2. Влияние цепи обратной связи на основные характеристики усилительного устройства
- •2.2.2.1. Коэффициент усиления
- •2.2.2.2. Полоса усиливаемых частот
- •2.2.3. Понятие об устойчивости усилителя
- •2.2.3.1. Частотный критерий устойчивости
- •2.2.3.2. Алгебраический и фундаментальный критерии устойчивости
- •2.3. Усилительные каскады на транзисторах.
- •2.3.1. Принцип работы усилителей.
- •2.3.2. Токи покоя и напряжения покоя в усилительных каскадах
- •2.3.3. Понятие о классах усиления усилительных каскадов
- •2.3.3.1. Класс усиления а
- •2.3.3.2. Класс усиления в
- •2.3.3.3. Класс усиления ав
- •2.3.3.4. Класс усиления с и d
- •2.3.3.5. Методы стабилизации рабочей точки
- •2.3.4. Каскад с последовательной отрицательной обратной связью по току нагрузки
- •2.3.5. Каскад с параллельной отрицательной обратной связью по выходному напряжению
- •2.3.6. Формирование частотной характеристики каскадов с цепями оос
- •2.3.7. Усилительный каскад по схеме с общим истоком
- •2.3.7.1 Основные параметры каскада усилителя на полевом транзисторе
- •2.3.8. Эмиттерный и истоковый повторители.
- •2.4. Каскады предварительного усиления
- •2.4.1 Условия работы каскадов предварительного усиления
- •2.4.1.1. Требования к каскадам и режим работы
- •2.4.1.2. Определение частотной, фазовой и переходной характеристик
- •2.4.2 Резисторный каскад
- •2.4.2.1. Применение, принципиальные и эквивалентные схемы
- •2.4.2.2 Характеристики и расчетные формулы резисторного каскада
- •2.4.2.3. Расчетные формулы каскада в области средних частот.
- •2.4.2.4. Расчет транзисторного резисторного каскада
- •2.4.2.5. Резисторные каскады предварительного усиления, работающие на внешнюю нагрузку, и резисторные входные цепи
- •2.5. Выходные каскады
- •2.5.1. Условия расчета каскадов мощного усиления
- •2.5.2. Расчет однотактного транзисторного каскада мощного усиления в режиме а
- •2.5.3. Расчет двухтактного транзисторного каскада мощного усиления в режиме в
- •2.5.4. Бестрансформаторные двухтактные каскады мощного усиления
- •2.5.5. Расчет бестрансформаторных двухтактных каскадов
- •2.6. Широкополосные каскады и каскады специального назначения
- •2.6.1. Особенности широкополосных усилителей.
- •2.7. Схемы коррекции без обратной связи
- •2.7.1. Низкочастотная коррекция
- •2.7.2. Высокочастотная коррекция
- •2.8. Схемы коррекции с обратной связью
- •2.8.1. Низкочастотная коррекция
- •2.8.2. Высокочастотная коррекция
- •2.9. Повторители
- •2.9.1. Простые повторители
- •2.10. Усилители постоянного тока
- •2.10.1. Основные свойства и применение
- •2.10.2. Усилители постоянного тока, с непосредственной связью
- •2.11. Дрейф нуля и способы его уменьшения
- •2.11.1 Причины дрейфа нуля
- •2.12. Балансные и дифференциальные каскады
- •Библиографический список
2.4.2.2 Характеристики и расчетные формулы резисторного каскада
При подаче на вход резисторного каскада напряжения сигнала неизменной амплитуды, но
Рис. 2.4.3, Обобщенные эквивалентные схемы резисторных каскадов: а — с биполярным транзистором; б — с электронной лампой или полевым транзистором.
различных частот ЭДС генератора Ег остается неизменной, так как транзистора в рабочем диапазоне частот усилительного элемента почти не меняется; напряжение на выходе каскада UВых или на переходе база—эмиттер следующего транзистора Uп.cл будет изменяться, так как на разных частотах диапазона сопротивления емкостей С и С0, различны. Так, с понижением частоты сигнала сопротивление конденсатора межкаскадной связи, включенного последовательно с выходными зажимами схемы, возрастает, а падение напряжения сигнала на нем увеличивается, вследствие чего выходное напряжение резисторного каскада и его (коэффициент усиления на нижних частотах уменьшаются. С повышением частоты выходное напряжение и коэффициент усиления уменьшаются из-за уменьшения сопротивления емкости С0, подключенной к выходным зажимам.
Для того чтобы коэффициент усиления резисторного каскада в рабочем диапазоне частот сохранялся почти постоянным, емкость конденсатора С берут настолько большой, чтобы она не очень уменьшала усиление на низшей частоте fн, а емкость Со стараются сделать столь малой, чтобы она не снижала заметно усиления каскада на верхней рабочей частоте fв. Поэтому в средней области частот конденсатор С обычно не влияет на частотную характеристику,
Рис. 2.4.4. Характеристики резисторного каскада: а – частотная; б – фазовая;
так как его сопротивление на этих частотах невелико и падение напряжения сигнала на нем ничтожно, а сопротивление емкости С0 на этих частотах еще очень велика ввиду малой ее величины, ток сигнала через нее ничтожен, и она, также не влияет на частотную характеристику каскада на средних частотах. Частотная и фазовая характеристики резисторного каскада изображены на рис. 2.4.4. Для анализа и вывода расчетных формул удобно всю область рабочих частот разделить на три участка: область нижних частот, в которой на усиление резисторного каскада влияет только конденсатор межкаскадной связи С, средних частот, где усиление практически постоянно, и область верхние частот, в которой на свойства каскада влияет столько емкость С0, нагружающая каскад. На этом основании полные эквивалентные схемы резисторного каскада, изображенные на рис. 2.4.3, можно преобразовать в более простые частные эквивалентные схемы для нижних, средних и верхних частот, состоящие только из элементов, которые влияют на свойства каскада в данной области частот. Это позволит еще более упростить анализ свойств и расчет каскада. Такое разделение частот и преобразование полной эквивалентной схемы в частные удобны при анализе усилительных каскадов с любой схемой межкаскадной связи, поэтому часто используются.
Так, удалив из схем рис. 2.4.3 С0, получим схемы для нижних частот; удалив С0 и закоротив С - для средних частот, а оставив С0 и закоротив С, получим схемы для верхних частот. Преобразованные таким образом и обобщенные схемы резисторного каскада на биполярном или полевом транзисторе. Для нижних, средних и верхних частот изображены на рис. 2.4.5.
Рис. 2.4.5. Преобразованные и обобщенные эквивалентные схемы резисторных каскадов: а — для нижних частот с эквивалентным генератором; б — для средних частот; в — для верхних частот с эквивалентным генератором.
На эквивалентной схеме для нижних частот рис. 2.4.5а использованы следующие обозначения: Uэкв.н и Rэкв.н — ЭДС и внутреннее сопротивление эквивалентного генератора для нижних частот:
;
, (2.4.2)
R0 — активная составляющая сопротивления цепи вправо от разделительного конденсатора С; на эквивалентной схеме для нижних частот R0 представляет собой сопротивление заменяемой цепи между точками А и В рис. 2.4.3. Из рисунков видно, что для транзисторного резисторного каскада:
,
т. е. R0 —активная составляющая входного сопротивления следующего каскада Rвх.сл. Хотя при такой замене на схеме исчезло напряжение Uп.сл, управляющее следующим транзистором, на ней осталось напряжение Uвых, пропорциональное исчезнувшему и совпадающее с ним по фазе, а следовательно, полученная в результате замены схема рис. 2.4.5а будет иметь те же частотные и фазовые характеристики, что и первоначально рассмотренная схема рис. 2.4.3а для транзисторного каскада.
На эквивалентной схеме для средних частот (рис. 2.4.5 6) R~-сопротивление нагрузки выходной цепи усилительного элементам переменному току,
, (2.4.3)
равное сопротивлению параллельного соединения резистора R нагрузки выходной цепи и сопротивлений всех других резисторов схемы, подключенных к нему параллельно (т. е. R0). Через Uэкв.в и Rэкв.в на рис. 2.4.5 в обозначены ЭДС и внутреннее сопротивление эквивалентного генератора для верхних частот:
;
. (2.4.4)
Следовательно, эквивалентные схемы рис. 2.4.5 справедливы как для резисторного каскада на биполярном транзисторе так и для резисторного каскада на полевом транзисторе, но входящие в них элементы имеют различные значения. Это позволяет вести анализ таких каскадов совместно.