книги из ГПНТБ / Любивый В.И. Усилительные устройства учеб. пособие
.pdf
|
- |
100 |
- |
|
tjp6 * - |
a r c lg to X g |
; |
(2.18) |
|
|
|
|
|
(2.19) |
Здесь опущена величина J t |
в соответствии |
со еделаиным |
||
ранее замечанием. |
|
|
|
|
На рис.2.12 графически представлены частотная и Фазо |
||||
вая характеристики |
реостатного |
каскада на |
верхних частотах. |
|
Из аналитической зависимости и графического представле ния частотной характеристики следует, что с ростом частоты коэффициент усиления падает. Физически это можно объяснить т1ем, что с ростом частоты уменьшается сопротивление емкости с , что приводит к снижекиювыходного напряжения каскада.
На основании формулы (2.18) и рис. 2.12 можно сделать вывод, что угол сдвига фазы между входным и выходным напря жениями реостатного каскада в области средних частот етремитг
ся к 0° и на верхних частотах к |
- 90°при <•>-► о о . |
На основании выражения (2.19) |
находим высшую частоту |
усилителя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IOI |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.20) |
|
|||
На уровне |
|
Kg |
~ |
W |
|
( |
при |
|
fl |
|
|
\ |
как |
|
|||
|
|
|
|
fe> = v'iT/, |
|
||||||||||||
это |
обычно принято,высшая |
граничная частота |
определится |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
to |
|
( |
|
или |
|
0,15Q |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
rt e |
|
|
|
|
сч |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Из полученных соотношений следует, что для расширения |
' |
|||||||||||||||
полосы частот |
, |
усиливаемых усилителем, |
необходимо умень |
|
|||||||||||||
шить постоянную времени |
|
СЭЯ Э . |
Уменьшить |
ее мож |
|
||||||||||||
но главным |
образом |
только |
за |
счет |
величины |
Я э |
, |
так как1 |
|||||||||
существенно |
снизить |
емкость |
С э |
, .вторая непосредствен-' |
|||||||||||||
но |
связана с |
элементами |
схемы, |
не представляется |
возмож- |
, |
|||||||||||
ным. В принципе уменьшать |
Я э |
можно |
за счет |
уменьшения |
|
||||||||||||
любого из |
трех сопротивлений |
|
|
и Ис |
. Однако в кас- |
: |
|||||||||||
кадах с триодами |
U-L |
не удается |
менять в широких пределах, |
||||||||||||||
а в каскадах с пентодами 1Ц |
значительно больше R a |
и из |
|
||||||||||||||
менение R l почти не влияет на значение |
Яэ |
. |
Поэтому |
прак)?и |
|||||||||||||
чески уменьшение |
Я э |
возможно |
за |
счет |
|
и |
Я с |
. |
Умень |
||||||||
шение |
сопровождается увеличе!В1ем разделительного конден |
||||||||||||||||
сатора , что видно из |
формул (2 .7 , 2 .8 , |
2 ,9 ). |
|
|
|
|
|||||||||||
|
Наиболее |
целесообразно |
производить уменьшение |
за |
счет |
1 |
|||||||||||
уменьшения |
|
|
|
, |
так |
как |
при |
этом снизится |
падение |
пите-- |
|||||||
ющего напряжения |
на |
Я а |
и повысится напряжение на аноде, |
|
|||||||||||||
ток рабочей точки и крутизна характерстаки |
в этой |
точке, |
|
||||||||||||||
а также представляется возможность снизить напряжение анод |
|
||||||||||||||||
ного литания. Однако уменьшение |
|
сопровождается |
пропор |
|
|||||||||||||
циональным уменьшением коэффициента усиления |
К 0 . |
|
|
||||||||||||||
|
Выбор оптимальных |
значений |
R fl и |
|
производят |
из |
|
||||||||||
произведения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
8 о« .fc. ^ «t |
ь |
■s S - V S T i ’ • -£■, |
(2.21) |
|
||||||||||||
|
|
|
vfiFT |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
« Г |
|
|
н |
| |
|
- |
коэффициент частотных |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
соответствующий |
высшей граничной частоте |
U g |
|
|||||||||||||
искажений, |
|
||||||||||||||||
- IQS -
Выражение |
(2 .21), |
|
подзывает, что для обеспечения воз-; |
|||||
можно больших |
и К |
0 |
необходимо брать лампу с большей |
' |
||||
крутизной и меньшими паразитными емкостями, |
так |
как |
эквива |
|
||||
лентная емкость |
С"э= |
|
С 6я,-* Cw |
в |
основном |
опреде- . |
||
ляется паразитными емкостями лампы. Отношение |
C6<^ |
. 'ceJ?a3t,H |
||||||
вают площадью усиления |
|
лампы, а иногда-эффективностью уси |
|
|||||
ления. |
|
|
|
|
|
|
|
|
По эквивалентной |
схеме для верхних частот |
найдем пере |
|
|||||
ходные характеристики в области малых времен. Для определе
ния последней заменим в |
(2.16 ) дед |
на оператор |
р , что |
даст |
|
|
|
Kt <p> |
■ |
• |
<г -г2> |
Из таблиц решений операторных уравнений / “24 _/ найдем оригинал, соответствующий изображению (2 .2 2 ), который и представляет собой переходную характеристику в области мель* времен
t
kg< l ) , Ко( 1 - е ^ > , |
(? .2 э ) |
Переходная характеристика для области малых времен, по-» стрренная по последнему выражению, изображена на рис.2.13
- 103 -
Выразим время установления через параметры схемы. На основании определения времени установления и рис. 2.13 запи-* тем
|
t У * I |
0,9 - |
I ОИ |
|
' |
|
|
|
||
Моменты времени |
t 01 |
и |
|
t , o Q , отсчитываемые по графи |
||||||
ку переходной |
характеристики |
|
на уровнях |
q,i K0 и |
о ^ й с , |
|||||
определим по уравнению переходной характеристики в области |
||||||||||
малых времен: |
|
|
|
|
- i& i. |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
о,1 К , |
К / 1 ■в * *- ) |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Ьр,9 |
|
|
|
п о 14 |
|
К. ( 1 - е |
ъ ,ь |
) |
|
|
||||
У,У |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
Решая эти |
соотношения относительно |
и |
, |
|||||||
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ь |
= |
п #‘tL |
|
|
|
|
|
|
||
13,1 |
U»5 |
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
e g |
v |
i |
. |
|
|
|
|
|
o,q |
» |
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
Следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t y |
» г д ' ^ |
|
. |
|
|
|
|
(2.2*0 |
||
Прямая зависимость |
времени установления |
от постоян |
||||||||
ной временя |
указывает |
на |
то, что |
замедление |
нарастания |
|||||
фронта переходной характеристики и завал частотной характе ристики в области высших часто?: обусловлены одной я той же причиной-наличием в схеме емкостей, шунтирующих выходное сопротивление каскада усиления.
Решая совместно (2.20) и (2.24) , находим
а»fc „ ьч 1 Ч
- 104 -
или
sl n \ - i |
(2.25) |
При M = |
получим |
ъ |
|
(2.25 X)
«Я { 6
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Чем ограничена максимальная и минимальная величины
сопротивления |
Rc . |
|
|
|
||
2 . |
Чем ограничена |
минимальная величина емкости |
||||
в схеме ( рис. 1.1) |
|
|
|
|||
3» Что произойдет, если |
сопротивление |
емкости Отбудет |
||||
соизмеримо |
с |
сопротивлением |
R K ? |
|
||
4» |
Что |
произойдет, |
если |
емкость С э |
будет иметь недо+ |
|
статочно большую величину?
5 . Чем ограничена максимальная и минимальная величины
сопротивления В ^ ? |
|
|
|
|
|
|
|||
6 . |
Рассчитать входную емкость,если Ко=80 и |
Сск = 12 пф, |
|||||||
для случаев |
тшодного |
( С |
Со^ |
= 1 пф) |
и пентодного |
||||
—" |
|
* |
|
' |
' |
|
|
|
|
(Сс а =0,006 |
пф) |
усилителей. |
|
|
|
|
|||
?. Вывести коэффициент усиления реостатного каскада в |
|||||||||
области |
средних частот |
в зависимости |
от jtx |
и коэффициента |
|||||
. нагрузки — |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
8. Почему в реостатных усилителях на триоде не рекомен |
|||||||||
дуется |
брать |
сопротивление |
нагрузки |
К.& |
больше (2*4) R ? |
||||
9. Пояснить, как можно изменить коэффициент усиления |
|||||||||
усилителя К 0 за |
счет |
источника питания выходной цепи? |
|||||||
10. |
Пояснить физические причины завала частотной характер |
||||||||
ристикй усилителя в области низших частот, |
|
|
|||||||
II» |
Определить низшую частоту усилителя, изображенного |
||||||||
на рис.2.1,если |
R и. = |
200 |
ком, |
R.ь = |
100 ком, |
в с - 2 мом, |
|||
- 105 -
Сс = 0,05 мкф , 1^=1^.
12.Пояснить физически по принципиальной схеме реостат ного усилительного каскада причини спада плоской части импулЬса, а также образования отрицательного выброса на выходе усилителя после окончания действия импульса на входе схемы.
13.Показать физически общность эквивалентной схемы для низших частот и бо71ьших времен.
14.Пояснить физические причины завала частотной харак теристики усилителя в области высших частот.
15. Определить верхнюю частоту |
усилителя, если на |
частоте I = 10 мгц его усиление уменьшается в 5 раз.
16.Почему в широкополосных усилителях используются пентоды, а не триоды?
17.Пояснить физически замедления нарастания дронта
импульса.
18.Показать физически общность эквивалентных схем для . области верхних частот и малых времен.
19.Нанести произвольную частотную характеристику рео статного усилителя для области средних и высших частот.
Нанести |
на |
этом же |
рисунке |
характеристики для трех |
|
случаев изменения - |
один из |
параметров схем: |
|||
а) |
|
увеличилось |
в два |
раза; |
|
б) |
R j |
увеличилось |
в два |
раза; |
|
в) |
S |
лампы увеличилось |
в два раза. |
||
20. Особенности в расчете выходного реостатного усили теля напряжения, работающего на емкостную нагрузку, напри мер, пластины электронно-лучевых трубок.
й 2.3. ТРАНЗИСТОРНЫЙ РЕОСТАТНЫЙ КАСКАД ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ
Рассмотрим реостатный каскад на транзисторе с общим эмиттером. Принципиальная схема этого усилителя приведена .
на |
рис. 2.14. |
|
|
Элементы схемы одного каскада заключены между зажимами |
|
1.2 |
и 3 .4 . |
» 2 также элементов |
|
Назначение источника питания |
|
106 -
схемы Л , , ^ 2 ,^ Э,ЯЭ |
нами |
уже рассмотрены. |
|
Конденсатор |
Сф и |
сопротивление |
образуют фильтр |
развязки, выполняющий ту же роль, что и в аналогичной анод ной цепи реостатного усилителя на электронной лампе.
|
Конденсатор |
Cg |
, именуемый разделительным, играет |
|
||||||||||
роль, аналогичную разделительному конденсатору |
С г |
в лампо |
||||||||||||
вых схемах. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Величины конденсаторов |
, Сф |
и |
Cg |
и сопротивле |
|||||||||
ния |
|
|
|
выбираются |
так, чтобы выполнялись неравенства |
|||||||||
|
|
|
|
ы иСч> |
« |
Я |
<с> |
С к |
« |
В |
'а |
|
|
|
ч |
л < < а > |
; |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
н |
6 |
|
|
|
|
|||||||
а также |
соотношение |
R . |
■<о,а -5- o,5 > r , |
|
|
|
||||||||
где |
с*>,„ |
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
*'К |
|
|
|
|
самая низкая частота сигнала; |
|
|
|
||||||||||
|
R |e |
- |
входное сопротивление последующего каскада. |
|
||||||||||
|
Увеличение величию |
сопротивления |
|
R ^ |
приводит к |
неь |
||||||||
обходтоот увеличения источника з .д .с . |
E R , |
уменьшение |
|
|||||||||||
его |
вы знает |
|
увеличение конденсатора |
|
|
. |
|
|
|
|||||
|
Для |
анализа |
и расчета |
схемы усилительного каскада пред |
||||||||||
ставим е?о в виде эквивалентной схемы. При этом входное |
|
|||||||||||||
сопротивление |
следующего каскада будем относить к элементам |
|||||||||||||
схемы данного |
каскада |
и учитывать при его |
расчете, |
входное |
’ |
|||||||||
сопротивление данного каскада учитывается птв» расчете поедидущего каскада.
- 107 -
Опуская цепи постоянного тока и сопротивления Яф ,Вд, которые закорочены по переменному току соответственно кон
денсаторами Сф и |
Сэ |
, а также учитывая, что для переменно |
|
го тока сопротивления |
R, и Иа (через источник питания) вклю-j |
||
чены параллельно |
( ~ |
+ ~ « ---), |
приходим к эквивалентной |
схеме каскада для |
переменного тока |
(рис.2.15) |
|
Рис. 2.15
Заменяя транзистор его эквивалентной схемой(сы .рис. I . 30) и учитывая сказанное и комплексность его параметров, прихо дим к эквивалентной схеме каскада для переменного тока
(рис. 2 .16).
в х о д н а Я | |
В ы хо дн а я це пь |
|
Рис. 2.16 |
Полученная схема отличается „т ламповой комплексностью' йкрутизпы, входной и выходной проводимостями. В структурном отношении оке ан-логична ламповой, поэтому анализ и ее гасчет имеет смысл вести теми же приемами, какие мы испояьзова-i ли в предыдущем параграфе.
Рассмотрим свойства каскада, как и для ламповой схемы,, в трех областях: средних; нижних и верхних-частот.
- 108 -
Область средних частот
В этой области частоты еще не оказывают существенного влияния на параметры транзисторов S,Y^ и Y gw , а поэтому их можно считать действительными. Сопротивление конденсато
ра связи Cg также |
мало. Поэтому, полагая параметры тран |
||
зистора активными и закорачивая конденсатор |
C g |
, получим |
|
эквивалентную схему, |
удобную для исследования |
(рис.2 .13). |
|
Коэффициент усиления в области средних частот определя ется выражением
W _ _J±_ _ ~ Э |
(2.26) |
Обычно |
|
* sp |
|
|
Рассмотрим прежде работу каскада, когда он нагружен |
||
только |
одной активной |
проводимостью £ R= g K |
• |
В этом случае коэффициент усиления будет |
равен |
||
|
|
_ g l |
|
|
" S |
в * |
(2.27) |
|
—— |
* - JH ----7 |
|
|
|
+ i |
|
|
|
§ к |
|
где |
З к |
|
|
|
|
|
|
- |
109 - |
|
|
|
|
|
Несмотря на то,что соотношение (2.27) имеет тот же |
||||||||
вид, |
что |
и для |
лампового каскада, |
выбор сопротивления |
нагруз |
||||
ки |
R K |
ограничен сравнительно |
небольшой величиной, |
равной |
|||||
0,1 |
|
. Это обусловлено величиной допустимого напряжения |
|||||||
между коллектором |
и эмиттером |
^ к э доп • |
Л®5 маломощных |
||||||
транзисторов |
оно |
обычно в среднем |
не превышает 10-х5в. |
||||||
|
При |
небольшой |
величине |
EK^ U K 3gon |
увеличение |
Як |
|||
ведет к смещению точки покоя |
в |
область малых токов коллектор |
|||||||
ра, где параметры триода ухудшаются, а усиление возрастает незначительно. Поэтому обычно сопротивление нагрузки В-к берут не больше (0,1*0,2) R. .
На рисунке 2.18 представлены выходные статические ха рактеристики и нагрузочная прямая АВ, которые дают возмож ность оценить величину максимального выходного напряжения.
h—
Рис. 2.18
Максимальный рабочий интервал 2 Ua m |
определяется соот- |
используется;