lektsii_ORE_2015

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) определяет зависимость модуля коэффициента усиления от частоты гармонического сигнала на входе усилителя. На рис. 10.2. представлена типичная АЧХ резистивного усилителя.

Рис.6.2. Амплитудно-частотная характеристика усилителя В полосе пропускания усилителя или области средних частот (СЧ)

коэффициент усиления можно считать постоянной величиной.

Частоты, на которых коэффициент усиления уменьшается в 2 раз относительно своего значения K0 в области СЧ, определяют нижнюю fн и

верхнюю fв границы полосы пропускания усилителя и называются

граничными частотами.

Для определенности величину K0 находят на частоте f0 fн fв .

Уменьшение модуля коэффициента усиления в области низких частот (НЧ) обусловлено наличием разделительных и блокировочных конденсаторов в схемах усилителей.

Поведение АЧХ в области высоких частот (ВЧ) определяется частотными свойствами транзисторов, влиянием емкости монтажа и комплексного характера сопротивления нагрузки.

Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) - это зависимость угла сдвига фазы φ между выходным и входным напряжениями от частоты. Ухо человека не реагирует на изменения фазы гармонических сигналов, поэтому ФЧХ редко используется для описания электроакустических устройств.

Фазовая характеристика важна в широкополосных усилителях например,

телевизионных или усилителях современных радиочастотных трактов цифровых систем передачи. Идеальный вид ФЧХ представляется прямой линией.

.

Рис.6.3. ФЧХ усилителя

Переходная характеристика (ПХ) устанавливает зависимость мгновенного значения напряжения на выходе усилителя от времени при бесконечно быстром скачкообразном изменении входного сигнала. ПХ оценивает искажения формы усиливаемых импульсных сигналов, которые обусловлены реактивными элементами схемы усилителя. На рис. 6.4 представлена нормированная ПХ усилителя.

Рис. 6.4 Нормированная ПХ усилителя Время установления связано с верхней граничной частотой следующей

зависимостью: t уст 0,35fв . ПХ усилителя связана с его АЧХ, причем

поведение АХЧ в области ВЧ определяет поведение ПХ в области малого времени и наоборот.

6.2.Способы задания режима работы БТ по постоянному току.

Схема с фиксированным током базы. Режим по постоянному току задается с помощью резисторов RБ, RК и источника питания UИП (рис. 6.5).

Рис.6.5.

Схему можно описать системой уравнений для токов и напряжений во входной и выходной цепи:

где UБЭ (0,6 0,7) В (напряжение на открытом эмиттерном переходе

кремниевого БТ), т.е. UБЭ << UИП, поэтому ток в цепи базы IБ UИП/RБ не зависит от параметров транзистора, а определяется параметрами входной

Схема с коллекторной стабилизацией. На рис. 6.7. представлена схема с

Рис 6.7.. Схема усилителя с коллекторной стабилизацией

При повышении температуры коллекторный ток увеличивается, следовательно, коллекторное напряжение UКЭ уменьшается, а значит,

уменьшается ток базы IБ, что приводит к уменьшению коллекторного тока IК. Эти два фактора частично компенсируют друг друга, поэтому рабочая точка стремится вернуться в исходное положение.

Схема с эмиттерной стабилизацией. Наиболее эффективной является схема с эмиттерной стабилизацией рабочей точки (рис. 6.8.).

В этой схеме повышение температуры за счет температурных свойств

что приведет к уменьшению тока базы IБ, а значит и коллекторного тока IК.

Рис 6.8. Схема усилителя с эмиттерной стабилизацией режима работы БТ

Происходит частичная взаимная компенсация этих двух факторов, влияющих на рабочую точку транзистора, поэтому ее положение практически не изменяется.

Наличие резистора RЭ – резистора обратной связи – при отсутствии

конденсатора CЭ не только стабилизирует рабочую точку, но и изменяет работу каскада по переменному току. Для схемы изменяющийся входной сигнал также является дестабилизирующим фактором. Переменная составляющая

эмиттерного тока с амплитудой Iэ m создает на резисторе RЭ падение напряжения, которое уменьшает амплитуду переменной составляющей

переменного сигнала не происходит и полностью реализуются усилительные свойства транзистора.

6.3. Эквивалентная схема усилительного каскада с общим эмиттером

Для анализа процессов, происходящих в усилителе и вывода расчетных соотношений определяющих параметры усилителя, необходимо представление усилителя в виде эквивалентной схемы. Это позволяет провести вывод расчетных соотношений и расчет параметров усилителя (коэффициенты усиления по току KI, напряжению KU и мощности K ; входное Rвх и выходное Rвых сопротивления).

Рис. 6.9. Принципиальная и эквивалентная схема усилителя с ОЭ и эмиттерной стабилизацией

области средних частот усиления, где зависимость параметров от частоты минимальна и не учитывается в расчетах. При таком подходе считаем, что сопротивления всех емкостей в схеме пренебрежимо малы в рабочей полосе частот и представляют собой короткое замыкание. При этом из рассмотрения

в схеме дополнительно возможно включение блокировочного конденсатора, сто позволяет локализовать токи транзистора в пределах одного каскада усиления и повысить устойчивость усилителя. Биполярный транзистор представлен рассмотренной выше трехточечной схемой замещения.

Входной сигнал поступает на базу транзистора от генератора напряжения с внутренним сопротивлением Rг.

Цепь базы транзистора представлена на эквивалентной схеме объемным сопротивлением активной области базы rб, составляющим единицы–сотни Ом. Эмиттерный переход представлен дифференциальным

сопротивлением rэ, лежащим в пределах единиц–десятков Ом. Закрытый коллекторный переход представлен дифференциальным сопротивлением rк, составляющим сотни кОм.

Из эквивалентной схемы можно получить следующие соотношения : 1) значение Uвых определяется выражением Uвых h21эIб Rк || R’ , где знак минус указывает на то, что выходное напряжение находится в

противофазе со входным напряжением. Ток базы определяется выражением

2)Выходное сопротивление усилительного каскада определяется параллельным включением сопротивления Rк и выходным сопротивлением самого транзистора, близким по величине к rк. Обычно rк Rк , и считается,

Тогда входное сопротивление усилительного каскада определяется выражением

Значение Rвх для каскада с ОЭ составляет сотни Ом или единицы кОм. Если резистор Rэ в схеме не зашунтирован по переменному току

конденсатором Сэ, то последовательно с rэ в эквивалентной схеме усилителя

необходимо включать сопротивление Rэ. Входное сопротивление в этом случае определяется выражением

величины порядка 2-5. Включение низкоомного делителя R1, R2, улучшающего температурную стабильность усилителя, значительно снижает его входное сопротивление.

4) Коэффициент усиления по току определяется отношением тока в

потере сигнала на емкостных сопротивлениях и уменьшению коэффициента усиления. Одновременно и возрастают частотные искажения сигнала

5)Коэффициент частотных искажений, вносимый разделительным конденсатором ,определяется следующим выражением:

возрастает, что приводит к росту влияния отрицательной обратной связи и уменьшению усиления.

На ВЧ существенное влияние оказывают только частотные свойства самого транзистора, в частности, величина его емкости C к, которая включена параллельно нагрузке и с ростом частоты уменьшает полное сопротивление нагрузки усилителя.

ЛЕКЦИЯ №11

6.4. Усилительный каскад по схеме с общей базой

Анализ работы усилительного каскада с общей базой по входным и выходным характеристикам проводится аналогично анализу работы каскада с ОЭ. Особенностью работу усилителя с ОБ можно отметить, что при подаче на вход усилителя положительной полуволны входного сигнала ток эмиттера и ток коллектора будут уменьшаться. При этом происходит уменьшение напряжения на Rк и увеличение напряжения Uкб, что приводит к формированию положительной полуволны выходного напряжения Uвых. В следствие этого схема с ОБ , в отличие от схемы с ОЭ, не инвертирует входной сигнал.

Выходные характеристики транзистора в схеме с ОБ более линейны, чем в схеме с ОЭ, поэтому нелинейные искажения в каскаде с ОБ меньше,

Рис.6.10. Принципиальная и эквивалентная схема усилителя на БТ с

ОБ

Из эквивалентной схемы можно получить следующие соотношения :

1) Коэффициент усиления по напряжению определяется как отношение амплитуды выходного сигнала к амплитуде входного сигнала и приводится к виду

зависит от сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника сигнала. При Rг 0 и достаточно большом Rн коэффициент усиления по

напряжению каскада ОБ приближается к величине KU каскада ОЭ. Если же использовать последовательное соединение нескольких каскадов с ОБ, то нагрузкой предыдущего каскада является очень малое входное сопротивление последующего каскада, в связи с этим получить большой коэффициент по напряжению не удается.

2) Входное сопротивление каскада определяется как параллельное

3)Выходное сопротивление каскада с ОБ определяется как и у каскада

с ОЭ сопротивлением резистора Rк. При небольшом его значении Rк rк ...