- •Федеральное агентство по образованию
- •2.Установка рабочей точки биполярного транзистора
- •3. Схемы включения биполярного транзистора по переменному току
- •4. Расчет основных параметров каскадов усиления по переменному току в области низких частот
- •Свойства схемы
- •5. Температурные свойства транзистора. Оценка термостабильности
- •6. Задания для самостоятельной работы
- •Список рекомендуемой литературы
- •Содержание
Свойства схемы
Коэффициент усиления по напряжению
. (28)
Знак «минус» означает инверсию фазы выходного сигнала по отношению к входному.
Коэффициент передачи по току
. (29)
Входное сопротивление
. (30)
Выходное сопротивление
.(31)
,
,
,
−-
параметры модели БТ на рис. 14.
Упрощенное изображение усилительного каскада с включением БТ с ОБ представлено на рис. 31.
С
войства
схемы
Коэффициент усиления по напряжению
. (32)
Фаза выходного сигнала повторяет фазу входного.
Коэффициент передачи по току
. (33)
Входное сопротивление
. (34)
Выходное сопротивление
.(35)
Входной
ток в каскаде с ОБ – это ток эмиттера,
равен
,
выходному току каскада, поэтому усилитель
с включением БТ ОБ часто называют
повторителем тока.
Упрощенное изображение усилительного каскада с включением БТ с ОК представлено на рис. 32.
С
войства
схемы
Коэффициент усиления по напряжению
. (36)
Коэффициент передачи по току
. (37)
Входное сопротивление
.
(38)
Выходное сопротивление
. (39)
Каскад с ОК имеет относительно высокое входное и низкое выходное сопротивление, его, как правило, используют для согласования (трансформации) сопротивления.
Основные упрощенные схемы усилительных каскадов на рис. (30…32) не перекрывают весь диапазон возможных схем усилительных каскадов. Наиболее часто с целью получения независимости свойств схемы от свойств БТ используется построение каскадов с ООС. Например, варианты установки рабочей точки на рис. 20, 21 меняют свойства усилительных каскадов и по переменному току. Поэтому следует выделять свойства усилительных каскадов, построенных с использованием ООС, в отдельный раздел схем.
Упрощенное изображение усилительного каскада с включением БТ с ОЭ и ООС по току представлено на рис. 33.
С
войства
схемы таковы. Коэффициент усиления
по напряжению
, (40)
где
−максимально
возможный коэффициент усиления по
напряжению на рис. 14. При условиях
,
и
выражение (40) упрощается:
. (41)
Коэффициент передачи по току
. (42)
Входное сопротивление
. (43)
Выходное сопротивление
.(44)
Коэффициент
усиления по напряжению схемы с ОЭ и ООС
по току (рис. 33) значительно меньше,
входное сопротивление больше, чем у
схемы ОЭ (рис. 30) с непосредственно
подключенным к земле эмиттером, что
является признаками последовательной
по входу ООС. Введение в схему
значительно повышает термостабильность
каскада (схема установки режима по
постоянному току на рис. 20), но при
условиях, обеспечивающих минимальную
термостабильность (падение напряжения
на
равно
,
а падение напряжения на
равно
),
становится равным всего (2,5…5) раз.
Компромиссом между термостабильностью
каскада и его усилительными свойствами
является вариант схемы на рис. 25, где
эмиттер БТ заземлен через конденсатор.
Свойства схемы на рис. 25 по переменному
току аналогичны свойствам схемы с
непосредственно заземленным эмиттером
(рис. 30) при условии, что сопротивление
конденсатора
,
шунтирующего
на самой нижней частоте
в спектре
усиливаемого сигнала, должно быть много
меньше, чем выходное сопротивление БТ
VT1
со стороны эмиттера
.
Отсюда, величина емкости конденсатора
(для схемы на рис. 25):
.(45)
Для
получения в схеме каскада с ОЭ с ООС по
току (рис. 33) строго заданного
,
следует использовать частичное
шунтирование сопротивления
(рис. 34).
С
войства
схем по переменному току на рис. 34
одинаковы со свойствами схемы на рис.
33 при условии, что величина емкости
конденсатора
.(46)
Усилительный каскад с включением БТ с ОЭ и ООС по напряжению представлен на рис. 35.
О
собенностью
анализа схемы при рассмотрении её
свойств по переменному току надо считать
допущение о неизменности напряжения
и тока
при воздействии входного сигнала.
Допущение основано на том, что изменения
входного тока и части выходного тока
каскада, поступающего обратно на вход
схемы через сопротивлениеR2
в узел базового вывода, вследствие
наличия ООС, много больше, чем возможное
изменение базового тока БТ VT1
в том же узле. Точка соединения
сопротивлений R1
и R2
при этом считается точкой нулевого
потенциала, точкой «виртуальной» земли.
Поэтому любое изменение входного тока
каскада, протекающего через R1,
появившегося под действием входного
напряжения
,
будет скомпенсировано вследствие
инверсии выходного напряжения
долей выходного тока каскада, протекающего
через сопротивлениеR2
обратно на вход схемы. Следовательно,
.
Отсюда упрощенно определяются свойства
схемы.
Коэффициент усиления по напряжению
. (47)
Входное сопротивление
. (48)
Выходное сопротивление
.(49)
Для
выполнения (47, 48, 49) в схеме должна быть
реализована глубокая ООС, поэтому на
выбор номиналов элементов накладываются
ограничения, как правило, значение R1
выбирают на порядок меньше, чем R2
(
).
Второе ограничение – величина
сопротивления ООСR2
не может быть много больше входного
дифференцивльного сопротивления БТ
.
При
коэффициент усиления по напряжению
схемы на рис. 35 (вариант установки рабочей
точки на рис. 21) расчитывается как для
схемы, у которой ООС по переменному току
отсутствует:
.(50)
Следовательно,
сопротивление R2
должно быть, чтобы не уменьшать
,
много больше, чем
.
По сравнению с основной схемой включения
БТ с ОЭ (рис. 30) у каскада с ОЭ и ООС по
напряжению (рис. 35) меньшие входное и
выходное сопротивления. Коэффициент
усиления при указанных выше ограничениях
возможно регулировать подбором пассивных
элементов.
В случаях невыполнения ограничений следует для расчета параметров каскада с ОЭ и ООС по напряжению (рис. 35) следует пользоваться формулами, приведенными ниже.
Коэффициент усиления по напряжению
,
(51)
Входное сопротивление
(52)
Выходное сопротивление
(53)
Упрощенные схемы усилительных каскадов на рис. 30-33 отражают только собственные свойства усилителя по переменному току и не включают в себя все элементы для установки рабочей точки БТ, так как существует возможность как и их выбора, так и выбора схемы питания базы БТ. Например, тип базового смещения определяет термостабильность каскада и одновременно шунтирует источник сигнала. Поэтому после расчета входного или выходного сопротивления каскада по переменному току необходимо добавить неучтенные элементы схемы в сооотвестсвии с вариантом установки его рабочей точки, пересчитать входное или выходное сопротивление каскада по переменному току с учетом щунтирующего действия неучтенных элементов. Результатом расчета будет значение
и
эквивалентной схемы на рис. 29.После оценки параметров эквивалентной схемы усилительного каскада как формализованного узла (рис. 29) следует провести определение величины емкости разделительных и блокировочных конденсаторов, используемых в схеме усилительного каскада. Расчет основан на условиях, что сопротивление разделительного конденсатора
,
устанавливаемого на входе в схему,
много меньше, чем входное сопротивление
усилительного каскада
(в схеме на рис. 29), а сопротивление
разделительного конденсатора,
устанавливаемого на выходе схемы
,
много меньше, чем сопротивление нагрузки
.
Для инженерного расчета эти условия
вырождаются в
,
.
Отсюда следует, что
, (54)
. (55)
После определения емкости конденсаторов необходимо полученную величину округлить в большую сторону до стандартного значения, регламентируемого в ряде элементов Е24.
Нахождение сквозного коэффициента усиления (от источника сигнала до нагрузки). Сквозной коэффициент усиления по напряжению
учитывает
− коэффициентпередачи
делителя напряжения, образованного во
входной части схемы сопротивлением
источника сигнала
и входным сопротивлением каскада
,
и
− коэффициент
усиления по напряжению эквивалентной
схемы усилительного каскада, как
формализованного узла на рис. 29.
определяется как для обычного резистивного
делителя напряжения
.
Так как
в настоящих методических указаниях
для упрощенных вариантов схем каскадов
дается уже с учетом влияния выходного
делителя напряжения, образованного
и
,
то оценку
следует проводить как
. (56)
Определение термостабильности приведено ниже в пятом разделе настоящих методических указаний.
Оптимизация усилительного каскада (изменение режима по постоянному току, изменение величины элементов схемы, изменение самой схемы), в случае если рассчитанные параметры усилительного каскада не удовлетворяют требованиям технического задания, и полный повторный расчет.
