podyak

2.4.2.МАЛОСИГНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЯ

Кмалосигнальным параметрам усилителя относятся ранее введенные понятия входного сопротивления, выходного сопротивления, коэффициент передачи по напряжению и коэффициент передачи по току. Все они анализируются в условиях, когда можно пренебречь нелинейностью характеристик транзистора и воспользоваться упрощенной схемой замещения усилителя, в которой справедливы законы электротехники для линейных цепей (рис. 2.10).

При анализе, подробности которого не рассматриваются, предполагается возможность проведения расчетных работ в отдельных диапазонах частоты входного гармонического сигнала, удовлетворяющих следующим условиям.

1. Область средних частот

В этой области частот будем считать все параметры транзистора частотно независимыми. Положим также, что реактивные сопротивления конденсаторов С1, С2, СЭ пренебрежимо малы. В этом случае получим:

40

а) входное сопротивление

(в схеме замещения и здесь считаем R1R2 Rвх(ОЭ)); б) коэффициент усиления по напряжению

(при условии rк );

в) выходное сопротивление

2. Область нижних частот

К этой области относят такие значения частоты входного сигнала, когда заметно возрастает роль конденсаторов С1, С2, СЭ, сопротивление которых становится соизмеримым с сопротивлениями резисторов, включенных с ними последовательно или параллельно. Для упрощения анализа частотных зависимостей здесь используют прием, основанный на возможности раздельного рассмотрения вклада каждого из конденсаторов в ход общей частотной характеристики. Рассмотрим результаты такого подхода применительно к АЧХ схемы рис. 2.10.

а) Влияние конденсатора С1 на ход АЧХ. Предполагаем С2, СЭ . Рост емкостного сопротивления с уменьшением частоты входного сигнала приводит к уменьшению управляющего тока базы и, как следствие, к зависимости комплексного коэффициента усиления по напряжению АЧХ согласно уравнениям

+ Rвх(ОЭ)) – постоянная времени в области нижних частот для входной цепи усилителя.

41

Исходя из критерия определения нижней граничной частоты, получим

где KU0 – коэффициент усиления на средних частотах; н2 = С2(RК+ Rн) – постоянная времени в области нижних частот для входной цепи усилителя.

Исходя из критерия определения нижней граничной частоты, получим

вательно с сопротивлением rэ, а комплексный коэффициент передачи, АЧХ и нижняя граничная принимают значения:

42

Результирующий эффект, учитывающий вклад каждого из конденсаторов в АЧХ в области нижних частот, приближенно можно оценить, перейдя к сумме:

3. Область высоких частот

В этой области частот в эквивалентной схеме замещения транзистора учитываются только те элементы и их параметры, частотными свойствами которых в области высоких частот нельзя пренебречь. К ним относятся: емкость коллекторного перехода, емкость нагрузки, коэффициент передачи по току транзистора. Итоги такого учета позволяют записать следующие соотношения для комплексного коэффициента передачи, АЧХ и верхней граничной частоты:

зисторов RК и RН .

43

Приведенные результаты анализа амплитудно-частотных зависимостей в схеме ОЭ иллюстрируются графиком АЧХ (рис. 2.13), на котором показаны области средних, низких и высоких частот, находящиеся

впределах граничных частот.

К( )

К0

0.7К0

Рис. 2.13

Полоса частот, находящаяся в пределах граничных частот н, в, называется полосой пропускания усилителя.

2.5. УСИЛИТЕЛЬ ПО СХЕМЕ ОБ

Рис. 2.15

44

Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 2.14. Используя приемы анализа предыдущей схемы ОЭ, приведем его результаты, характеризующие схему в режимах постоянного и переменного тока.

2.5.1.ЗНАЧЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ

ИПОТЕНЦИАЛОВ В СХЕМЕ

На основании рассмотренного выше, не приводя подробных выкладок, основанных на законах электротехники применительно к эквивалентным схемам замещения транзистора и всего усилителя, запишем для статического режима следующее.

1. Рабочий ток в цепи эмиттера

2. Рабочий ток коллектора

3. Напряжение на эмиттере

2.5.2. МАЛОСИГНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЯ

Воспользуемся упрощенной схемой замещения усилителя (рис. 2.15) и при условиях предыдущего раздела получим следующее.

1. Область средних частот

а) входное сопротивление

45

б) коэффициент усиления по напряжению

(здесь не учитывается внешняя нагрузка усилителя).

2. Область нижних частот

а) влияние конденсатора С1 на ход АЧХ:

Rвх(ОЭ)) – постоянная времени в области нижних частот для входной цепи усилителя.

Исходя из критерия определения нижней граничной частоты, получим

J н2

46

где KU0 – коэффициент усиления на средних частотах; н2 = С2(RК + Rн) – постоянная времени в области нижних частот для входной цепи усилителя.

Исходя из критерия определения нижней граничной частоты, получим

Результирующий эффект, учитывающий вклад каждого из конденсаторов в АЧХ в области нижних частот, приближенно можно оценить, перейдя к сумме:

3. Область высоких частот

Здесь комплексный коэффициент передачи, АЧХ и верхняя граничная частоты принимают значения:

Приведенные результаты анализа амплитудно-частотных зависимостей в схеме ОБ иллюстрируются графиком АЧХ, аналогичным приведенному выше на рис. 2.13.

47

2.6. УСИЛИТЕЛЬ ПО СХЕМЕ С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ (ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ)

Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 2.16. Основной особенностью усилителя является включение нагрузки в цепь эмиттера транзистора, что вызывает зависимость управляющего тока базы не только от значения входного сигнала, но и от выходного напряжения. Такая особенность схемы называется обратной связью по напряжению, существенно влияющей на ее свойства и значения параметров. В частности, коэффициент передачи схемы по напряжению принципиально меньше единицы.

Рис. 2.17

Как и в предыдущих случаях, приведем только результаты аналитического исследования схемы ОК, используя приемы анализа предыдущих схем ОЭ и ОБ.

48

2.6.1.ЗНАЧЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ

ИПОТЕНЦИАЛОВ В СХЕМЕ

1.Рабочий ток в цепи базы:

2.6.2. МАЛОСИГНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЯ

Воспользуемся упрощенной схемой замещения усилителя (рис. 2.17) и при условиях предыдущего раздела получим следующее.

1. Область средних частот

а) входное сопротивление

б) коэффициент усиления по напряжению

KU0 = Uвых/EГ = ( 0 + 1)RЭН/[RГ + Rвх(ОЭ) + (1 + )RЭН] (2.70)

(при условии rк ),

49