- •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
2.3.2. Токи покоя и напряжения покоя в усилительных каскадах
Во входной цепи каскада действуют два источника напряжения: - непосредственно сигнал, подлежащий усилению, и - некоторое постоянное напряжение, обеспечивающее требуемый режим работы каскада по постоянному току. Анализ усилительного каскада проводится с использованием входных и выходных характеристик транзистора. При этом будем полагать, что выходным является напряжение на резисторе Rк. Для этого предположим, что суммарное входное напряжение каскада остается неизменным. Построим на входной характеристике транзистора (рис. 2.3.2, а) нагрузочную прямую, пересекающую оси тока и напряжения соответственно в точках и . Наклон этой кривой определяется сопротивлением резистора , т. е. (рис. 2.3.2, б).
На выходных характеристиках транзистора также построим нагрузочную прямую, наклон которой определяется сопротивлением резистора Rк, т. е. (рис. 2.3.2, б). Эта прямая пересечет оси тока и напряжения соответственно в точках и . Если напряжения и постоянны, то базовый и коллекторный токи транзистора также будут постоянны. В базовой (входной) и коллекторной (выходной) цепях транзистора будут протекать токи покоя и . Этим токам соответствуют напряжения покоя и , которые можно найти как проекцию точки П пересечения соответствующих характеристик транзистора на оси напряжения.
Предположим, что входное напряжение каскада увеличилось на величину . Это приведет к тому, что точка пересечения нагрузочной прямой с осью напряжений на рис. 2.3.2, а сместится вправо на величину , базовый ток и напряжение база - эмиттер получат положительные приращения и . Соответственно положительные приращения получат коллекторный ток транзистора и выходное напряжение каскада (рис. 2.3.2, б). Новый режим в схеме будет характеризоваться точкой покоя .
Таким образом, любое изменение входного напряжения в рассматриваемой схеме приводит к пропорциональному изменению ее выходного напряжения. Количественно это изменение определяется коэффициентом усиления каскада по напряжению. Определим его зависимость от параметров схемы для приведенных выше условий. Согласно определению, коэффициент усиления каскада равен отношению приращений выходного и входного напряжений
.
Для рассматриваемой схемы, полагая h12э=h22э=0 (отсутствие внутренней обратной связи и бесконечное выходное сопротивление),найдем:
.
Следовательно,
. (2.3.5)
Полученное выражение не учитывает присутствие во входной цепи каскада балластного резистора . Этот резистор, как уже отмечалось, образует с входным сопротивлением транзистора дополнительный делитель напряжения, уменьшающий суммарный коэффициент усиления каскада. С учетом этого суммарный коэффициент усиления каскада, представляющий собой коэффициент усиления каскада по постоянному току , равен:
, (2.3.6)
Рис. 2.3.2. Входная (а) и выходные (б, в, г) характеристики усилительного каскада.
где коэффициент передачи входного делителя напряжения.
Основываясь на сказанном, для входного и выходного сопротивлений каскада можно записать следующие выражения:
, (2.3.7)
(2.3.8)
где выходное сопротивление транзистора.
Если нагрузка подключается, к выходу усилительного каскада, как показано на рис. 2.3.1, в, то выражение для выходного сопротивления каскада изменится. С учетом того, что источник является идеализированным источником напряжения,
. (2.3.9)