podyak

SU ЗИ

UBХ

ЕГ

RИ

И

Рис. 3.6

Расчетные соотношения для функций схемы в области средних частот получим, пользуясь уравнениями для определения управляющих и выходных сигналов:

Из представленных уравнений следует:

1)входное сопротивление схемы определяется главным образом

внешним резистором RЗ, значение которого обычно находится в пределах сотен (кОм);

2)коэффициент усиления по напряжению

где RСН – эквивалентное сопротивление нагрузки, равное при rc >> RC, Rн параллельному соединению сопротивления в цепи стока и сопротивления нагрузки. В области средних частот резистор RИ эффективно шунтируется конденсатором СИ, и формула (3.9) приобретает более простой вид:

если RГ << RЗ.

70

Область нижних частот

Рис. 3.7

Критерием перехода от области средних частот к области нижних частот принято считать такое значение частоты входного сигнала, при

которой модуль коэффициента передачи уменьшается в 2 раз по сравнению с коэффициентом передачи на средних частотах. Причиной такого уменьшения является возрастание емкостных сопротивлений, влияющее на коэффициенты передачи сигналов во входной и выходной цепях схемы. Этот факт и нашел свое отражение при построении схемы замещения на рис. 3.7, в состав которой вошли конденсаторы

C1, С2, СИ.

Воспользуемся методикой раздельной оценки влияния каждого из конденсаторов на частотные свойства передаточной характеристики усилителя, опуская несложные выкладки, основанные на законах Кирхгофа.

а) Низкочастотные искажения во входной цепи 1. Комплексный коэффициент передачи входной цепи в области НЧ

j н1

где K01 RГRЗ RЗ , н1 С1(RГ RЗ ) .

2. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)

71

2. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)

3. Нижняя граничная частота

5. Фазочастотная характеристика

Результирующее значение нижней граничной частоты определится суммой граничных частот каждой из рассмотренных выше частных схем замещения:

Нижняя граничная частота является одним из параметров усилителя переменного тока, который обычно участвует в перечне исходных данных при проектировании усилителя. Помимо ее значения нередко задается требуемый коэффициент частотных искажений при некотором конкретном значении частоты входного сигнала. Под коэффициентом частотных искажений понимается отношение коэффициента усиления в полосе пропускания к коэффициенту усиления при произвольном значении частоты. Из приведенных выше соотношений следует:

73

Общий коэффициент частотных искажений находится как произведение частных коэффициентов:

При разработке схемы усилителя следует распределить частотные искажения между основными ее цепями и предъявить требования к отдельным их элементам. Значения некоторых из них выбираются, а другие подлежат расчету.

Область высоких частот

И

Рис. 3.8

В представленной на рис. 3.8 эквивалентной схеме замещения усилителя в области высоких частот учтены емкости входной и выходной цепей, сопротивление которых с ростом частоты уменьшается и тем самым создает частотную зависимость коэффициентов передачи как во входной цепи, так и в выходной.

Емкость Свх представляет собой сумму емкости затвор–исток и пересчитанную во входную цепь транзистора емкости затвор–сток:

Емкость Свых включает в себя собственно емкость сток–исток и емкость нагрузки.

Как и в случае низких частот, рассмотрим влияние емкостных элементов по отдельности, приводя только конечные результаты анализа.

а) Частотные искажения во входной цепи 1. Комплексная передаточная характеристика

где в(вх) = Свх RГRЗ, K0(вх) = RЗ/ RЗ + RГ.

74

75

5. Коэффициент частотных искажений выходной цепи

Результирующие значения верхней граничной частоты и коэффициента частотных искажений усилителя следует рассчитывать по формулам:

3.3. СХЕМА С ОБЩИМ СТОКОМ (ИСТОКОВЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ)

Отличительная особенность схемы ОС (см. рис. 3.2) состоит в том, что входной и выходной сигналы имеют по переменной составляющей общую точку – сток транзистора, а нагрузка включена в цепь истока. В этом случае управляющий сигнал между затвором и истоком представляет разность напряжений источника входного сигнала и напряжения на нагрузке, что является основанием для отнесения схемы ОС к классу усилителей с обратной связью и вытекающими из этого заключения следствиями.

Из основных показателей работы схемы ОС отметим следующие.

1. Схеме ОС свойствен больший по сравнению со схемой ОИ динамический диапазон входных сигналов, при котором формы входного и выходного сигналов идентичны. Оптимальное использование динамического диапазона достигается выбором рабочей точки, положение которой определяется начальным рабочим током транзистора, который в свою очередь зависит от напряжения на затворе, создаваемого с помощью делителя R1, R2 и напряжения источника ЕИ, включенного в цепь истока. При этом: а) напряжение между затвором и истоком не

76

должно быть меньше напряжения отсечки и больше нуля при любой величине входного сигнала; б) потенциал затвора не должен превышать напряжение источника питания ЕС; в) рабочий ток истока должен быть в несколько больше суммарного тока нагрузки и переменной составляющей тока резистора RИ.

2. Коэффициент усиления в области средних частот без учета влияния внутреннего сопротивления источника входного сигнала

где RИН – эквивалентное сопротивление нагрузки RИRн. 3. Выходное сопротивление схемы

4. Входная емкость схемы

5. Комплексная передаточная характеристика выходной цепи в области высших частот

где в(вых ) Свых Rвых(ОС) , Свых – суммарная емкость, включенная па-

раллельно нагрузке.

Из приведенных выше соотношений можно сделать следующие выводы относительно свойств схемы истокового повторителя.

1.Коэффициент передачи каскада ОС принципиально меньше еди-

ницы.

2.Выходное сопротивление схемы в значительной степени определяется крутизной передаточной характеристики транзистора, что позволяет эффективно использовать схему в качестве согласующего каскада.

3.Меньшее, чем в схеме ОИ, значение входной емкости и низкое выходное сопротивление предопределяют возможность получения более высокой полосы пропускания схемы ОС.

77

79