Osnovy_skhemotekhniki_posobie

сопротивления стока RC шунтирующее влияние ёмкости C0 будет уменьшать коэффициент усиления на более высоких частотах.

Чем больше номинальный коэффициент усиления каскада K0, тем меньше

Уравнение (6.18) задаёт оптимальное соотношение между коэффициентом усиления K0 и полосой пропускания . Выбор транзистора по частотным свойствам и усилению следует проводить согласно условию:

6.3.Анализ работы каскада в области НЧ

Вобласти НЧ выполняются условия:

Эквивалентная схема в области НЧ представлена на рис.6.6.

71

Коэффициент передачи делителя показывает, что с понижением частоты сопротивление разделительной ёмкости будет расти, соответственно будет расти и падение напряжения на этом сопротивлении, а выходное напряжение будет уменьшаться. То есть будет снижаться коэффициент усиления всего каскада.

Коэффициент усиления в области НЧ:

где н Cр R3 RС ||Ri – постоянная времени усилительного каскада в

области НЧ.

Частотные искажения на нижней граничной частоте оцениваются по формуле (6.25):

Из записанных выражений видно, что постоянная времени каскада в НЧ области определяется ёмкостью разделительного конденсатора. Таким образом,

разделительный конденсатор определяет частотные искажения на нижней граничной частоте н и поведение АЧХ усилителя в НЧ области.

72

Модуль комплексного значения величины частотных искажений равен:

выражение (6.28) для расчета значения разделительной ёмкости, при заданных частотных искажениях Mн на частоте н.

В схему включают конденсатор, ёмкость которого на 30-40% превышает расчётное значение (чтобы обеспечить заданное значение искажений независимо от разброса параметров ёмкости).

Для устойчивой работы усилительного каскада должно выполняться условие R3 Ri RС, следовательно, можно преобразовать (6.28) к виду

(6.29):

влияние на частотные искажения в области НЧ.

73

Таким образом, в реальном усилителе без учёта сделанного допущения

( 1 CИ 0), существует две причины снижения усиления на НЧ:

1)Влияние разделительного конденсатора Cр, который уменьшает коэффициент усиления по постоянному току до нуля;

2)Влияние конденсатора в цепи истока CИ , отсутствие которого по

постоянному току уменьшает коэффициент усиления в F раз.

Соответственно, частотные искажения в НЧ области необходимо распределить между разделительным конденсатором Cр и конденсатором в

Распределение частотных искажений меду конденсаторами Cр и CИ

разработчик осуществляет самостоятельно. Возможны два варианта:

Cр CИ. Это позволяет снизить весогабаритные показатели усилителя,

поскольку габариты всех конденсаторов получаются одинаковыми

(наилучший случай).

2)Если ёмкость одного конденсатора много больше ёмкости другого. В этом случае частотные искажения усилителя Mн определяются одним конденсатором, а габариты другим. Лучше когда CИ Cр, поскольку разделительных конденсаторов в схеме больше. Этот подход используется чаще.

При введении ООС в НЧ области коэффициент усиления уменьшится в F

раз:

74

Соответственно, частотные искажения на нижней граничной частоте,

обусловленные неидеальным шунтированием сопротивления цепи истока конденсатором CИ , можно записать в виде:

Оценим НЧ искажения с помощью постоянной времени цепи истока

И CИ RИ:

где F0 1 RИ S – фактор ООС по постоянному току.

Модуль комплексного значения величины частотных искажений равен:

Из записанного выражения, получим условие выбора конденсатора CИ по заданным частотным искажениям MнСИ на частоте н:

Все полученные соотношения для каскада предварительного усиления справедливы и для оконечного каскада (рис.6.7) при замене: CВх на CН и RЗ на

RН .

75

д) Сопротивление разделительного конденсатора соизмеримо с сопротивлением нагрузки (или входным сопротивлением следующего каскада), а сопротивление суммы входной, выходной и монтажной емкостей очень мало.

34)Какие условия выполняются при работе усилительного каскада общий исток в области средних частот?

а) Сопротивление разделительного конденсатора очень мало, а сопротивление суммы входной, выходной и монтажной емкостей больше сопротивления в цепи стока.

б) Сопротивление разделительного конденсатора очень мало, а сопротивление суммы входной, выходной и монтажной емкостей больше сопротивления в цепи стока, но меньше сопротивления нагрузки (или входного сопротивления следующего каскада).

в) Сопротивление разделительного конденсатора очень мало, а сопротивление суммы входной, выходной и монтажной емкостей соизмеримо с выходным сопротивлением транзистора.

г) Сопротивление разделительного конденсатора соизмеримо с сопротивлением нагрузки (или входным сопротивлением следующего каскада), а сопротивление суммы входной, выходной и монтажной емкостей больше сопротивления в цепи стока.

д) Сопротивление разделительного конденсатора соизмеримо с сопротивлением нагрузки (или входным сопротивлением следующего каскада), а сопротивление суммы входной, выходной и монтажной емкостей очень мало.

35)Какие условия выполняются при работе усилительного каскада общий исток в области высоких частот?

а) Сопротивление разделительного конденсатора очень мало, а сопротивление суммы входной, выходной и монтажной емкостей больше сопротивления в цепи стока.

б) Сопротивление разделительного конденсатора очень мало, а сопротивление суммы входной, выходной и монтажной емкостей больше сопротивления в цепи стока, но меньше сопротивления нагрузки (или входного сопротивления следующего каскада).

в) Сопротивление разделительного конденсатора очень мало, а сопротивление суммы входной, выходной и монтажной емкостей соизмеримо с выходным сопротивлением транзистора.

г) Сопротивление разделительного конденсатора соизмеримо с сопротивлением нагрузки (или входным сопротивлением следующего каскада), а сопротивление суммы входной, выходной и монтажной емкостей больше сопротивления в цепи стока.

д) Сопротивление разделительного конденсатора соизмеримо с сопротивлением нагрузки (или входным сопротивлением следующего каскада), а сопротивление суммы входной, выходной и монтажной емкостей очень мало.

36)Какой элемент схемы общий исток позволяет изменять частотные искажения каскада общий исток на верхней граничной частоте?

а) Сопротивление базового делителя. б) Сопротивление стока.

в) Сопротивление нагрузки (или входное сопротивление следующего каскада). г) Емкость разделительного конденсатора.

д) Емкость нагрузки (или входная емкость следующего каскада).

37)Какой элемент схемы общий исток позволяет изменять частотные искажения каскада общий исток на нижней граничной частоте?

а) Сопротивление базового делителя. б) Сопротивление стока.

в) Сопротивление нагрузки (или входное сопротивление следующего каскада). г) Емкость разделительного конденсатора.

д) Емкость нагрузки (или входная емкость следующего каскада).

77

7. Особенности расчёта резистивного каскада на биполярном транзисторе

Усилительные каскады на биполярных транзисторах используются достаточно широко. Это обусловлено тем, что они обеспечивают усиление, как по напряжению, так и по току. От каскадов на биполярных транзисторах можно получить максимальное усиление мощности. Наиболее часто используется схема усилительного каскада на БТ с общим эмиттером (ОЭ) (рис.7.1).

EП

Анализируемый каскад

Рис.7.1. Принципиальная схема каскада предварительного усиления по схеме ОЭ:

анализируемая часть схемы включает выходную цепь i-го каскада и входную цепь i+1-го

каскада, которая является нагрузкой i-го каскада

При анализе сделаем следующие допущения, аналогичные сделанным при

анализе каскадов на ПТ:

на переменном токе (на частоте полезного сигнала) шина питания и земля короткозамкнуты;

в полосе рабочих частот ёмкость эмиттера идеально шунтирует

пренебрегают при анализе диапазона рабочих частот, то есть считают, что эмиттер по переменному току подключается к общей точке.

78

Эквивалентная схема выходной цепи каскада предварительного усиления,

при указанных допущениях, имеет вид (рис.7.2):

Э

Рис.7.2. Эквивалентная схема выходной цепи каскада предварительного усиления по схеме ОЭ: Yi – выходная проводимость транзистора VTi; CВыхi – выходная ёмкость

транзистора VTi (десятки пФ); YКi 1RКi – проводимость цепи коллектора VTi; CМi –

паразитная монтажная ёмкость транзистора VTi; Cр – разделительная ёмкость (доли и

единицы мкФ), обеспечивающая разделение каскадов по постоянному току;

YДелi 1 1 RДелi 1 – проводимость входного делителя напряжения VTi+1;

транзистора VTi+1; CВхi 1 – входная ёмкость транзистора VTi+1 (YДелi 1 ||YВхi 1 ||CВхi 1

представляют собой нагрузку i-го каскада).

Как правило Cр max CВых,CВх,CМ , поэтому емкости CВых,CВх,CМ можно

считать включенными параллельно и в эквивалентной схеме заменить ёмкостью C0 :

сопротивление делителя стремятся уменьшить. При этом следует учесть, что входное сопротивление каскада определяется сопротивлением базового делителя.

79

Тогда эквивалентная схема выходной цепи каскада предварительного

усиления примет вид (рис.7.3):

Э

Рис.7.3. Эквивалентная схема выходной цепи каскада предварительного усиления

по схеме ОЭ, где C0 CВых CВх CМ

Эквивалентная схема выходной цепи оконечного каскада имеет вид

(рис.7.4):

Э

Рис.7.4. Эквивалентная схема выходной цепи оконечного каскада по схеме ОЭ: YН 1RН –

проводимость нагрузки, а C0 CВых CН CМ

Далее в расчетах будем полагать, что нагрузка является высокоомной, т.е.

RН RК .

Рассмотрим три области частот усиливаемого сигнала: НЧ, СЧ и ВЧ.

Анализ будем проводить как для каскадов предварительного усиления, так и для оконечного каскада.

Анализ работы каскада в области СЧ.

В области средних частот сопротивление разделительного конденсатора

Cр стремится к нулю, а сопротивление конденсатора C0 намного больше всех

параллельных ему резистивных сопротивлений:

80