3.5 Транзисторный усилитель переменного напряжения

На рис. 3.9 показана принципиальная схема каскада с ОЭ.

Конденсаторы С₁и С₂развязывают усилительный каскад по постоянному току от генератора Е_Ги последующего каскада.

Конденсатор С_Эшунтирует резистор R_Эпо переменному току и предназначен для ослабления отрицательной обратной связи (ООС) на частоте сигнала. Отрицательная обратная связь возникает вследствие того, что увеличение коллекторного тока вызывает увеличение падение напряжение на резисторе R_Э(I_КI_Э), что приводит к уменьшению напряжения база-эмиттер и уменьшению тока базы, а следовательно и коллекторного тока.

Емкости конденсаторов С₁и С₂оказывают влияние на работу каскада в области низких частот и при передаче вершины импульсов. На высоких частотах и при передаче фронтов импульсов сказывается зависимость коэффициентаот частоты и коллекторная емкость транзистора.

Основные параметры каскада в области средних частот (конденсаторы С₁, С₂и С_Эсчитаются короткозамкнутыми по переменному току и влияние ООС не учитывается).

Входное сопротивление каскада без учета делителя R₁, R₂:

R_ВХ=r_Б+(1+)r_Э, (3.5.1)

где r_Б- сопротивление базы 50-100 Ом

r_Э- дифференциальное сопротивление эмиттера.

Выходное сопротивление:

R_ВЫХ=R_К. (3.5.2)

Коэффициент усиления напряжения:

К_U=, (3.5.3)

знак минус указывает на изменение полярности сигнала (изменение фазы на 180).

=R_ВХR₁R₂- входное сопротивление с учетом делителя R₁,R₂.

U_ВЫХ=-I_Б(R_KR_H), (3.5.4)

I_Б=. (3.5.5)

Для учета делителя R₁, R₂необходимо в 3.5.3 подставить, согласно теореме о эквивалентном генераторе

=Е_Г, (3.5.6)

=R_ГR₁R₂. (3.5.7)

Делитель R₁, R₂снижает коэффициент усиления.

С учетом действия ООС (конденсатор С_Эотсутствует):

R_ВХ=r_Б+(1+)(R_Э+r_Э)(+1)R_Э, (3.5.8)

К_U=-, (3.5.9)

где =- коэффициент обратной связи, учитывающий влияние резистора R_Э, который снижает усиление каскада.

3.6 Амплитудно-частотная характеристика усилителя

Зависимость коэффициента усиления от частоты называется частотной или амплитудно-частотной характеристикой усилителя.(рис. 3.10). Диапазоном рабочих частот называют полосу частот от низшей рабочей частоты f_Ндо верхней рабочей частоты f_В. Для оценки величины частотных искажений (изменений К от частоты) используют коэффициент частотных искажений М равный отношению модуля коэффициента усиления на средней частоте К_СРк модулю коэффициента усиления на рассматриваемой частоте:

M=. (3.6.1)

Коэффициент частотных искажений часто выражают в логарифмических единицах; для перевода их из относительных единиц в децибелы и обратно используют соотношения:

М_[дб]=20lgМ, (3.6.2)

M=10^0.05M[дб]. (3.6.3)

Общий коэффициент частотных искажений вносимый n-каскадами равен:

М=, (3.6.4)

где М_i- коэффициент частотных искажений вносимый i-м каскадом или элементом.

Допустимый коэфициент частотных искажений на нижней частоте М_доп.н.равен произведению допустимых коэфицентов частотных искажений вносимых разделительными конденсаторами М_{доп.с.р.}и конденсатором С_Э - М_{доп.с.э.}

М_доп.н=М_доп.с.рМ_доп.с.э, (3.6.5)

М_Н=М_СРМ_СЭ , (3.6.6)

М_СР=М_С1М_{С2 .}(3.6.7)

Из условия М_СРМ_доп.с.ропределяются величины емкости конденсаторов С₁и С₂, вносящих частотные искажения на нижней частоте f_Н, где М_ДОП.Н.Р- допустимый коэффициент частотных искажений на низкой частоте разделительными конденсаторами, М_доп.с.э.

М_доп.с.р=М_С1М_С2 , (3.6.8)

откуда М_С1=М_С2=. (3.6.9)

Для определения емкости конденсаторов С₁и С₂используют неравенства:

С₁, (3.6.10)

С₂. (3.6.11)

При шунтировании R_Эсконденсатором R_Эс=r_Э.

Емкость конденсатора С_Эопределяют по формуле:

С_Э, (3.6.12)

где М_НЭ- допустимый коэффициент частотных искажений для конденсатора С_Э ,

S_Эс=- крутизна тока цепи эмиттера в схеме.

Частотные искажения на высокой частоте могут вноситься транзистором из-за зависимости от частоты и вследствие зависимости входного комплексного сопротивления следующего каскада от частоты (или комплексного сопротивления нагрузки от частоты).

М_В=М_Т*М_НГ<М_В.ДОП, (3.6.13)

где М_Т- коэффициент частотных искажений вносимых транзистором; М_НГ- коэффициент частотных искажений вносимых нагрузкой.

Если сопротивление нагрузки на верхней частоте можно считать активным, то М_НГ=1.

М_Т=, (3.6.14)

где f_ГТ- граничная частота усиления транзистора.

f_ГТ. (3.6.15)

Если f>10⁵и нагрузкой является такой же каскад, то необходимо расчитывать М_НГ, которое равно:

M_HГ=, (3.6.16)

где С₀- эквивалентная последовательная емкость нагрузки,

R_Н.ЭКВ- эквивалентное последовательное сопротивление нагрузки.

Для такого же следующего каскада:

R_H.ЭКВ=, (3.6.17)R_H.ЭКВR_ДR_KR_Э(1+), (3.6.18)

где R_Д=R_1сR_2с, индекс "с" относится к параметрам следующего каскада.

С₀+С_КсК_сС_Эбс, (3.6.19)

где К_с- коэффициент усиления следующего каскада, С_Кс- коллекторная емкость следующего каскада.