5.3. Анализ усилительных каскадов на бт в режиме усиления сигнала

Для расчета параметров усилительного каскада по переменному току удобно использовать методику, описанную в подразд. 3.3, а БТ представлять моделью, предложенной в подразд. 3.4.1.

5.3.1. Усилительный каскад на бт с оэ

Полная электрическая схема усилительного каскада с ОЭ приведена на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Усилительный каскад с ОЭ

В отличие от ранее рассмотренного каскада (рис. 3.9*) здесь применена эмиттерная схема термостабилизации (), обеспечивающая лучшую стабильность режима покоя, принцип ее работы будет рассмотрен далее. Конденсаторнеобходим для шунтированияс целью соединения эмиттера транзистора с общим проводом на частотах сигнала (устранения обратной связи на частотах сигнала, вид и характер этой связи будет рассмотрен в соответствующем разделе).

Приведем эквивалентную схему каскада для частот сигнала (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Схема каскада с ОЭ для частот сигнала

С целью упрощения анализа каскада выделяют на АЧХ области НЧ, СЧ и ВЧ (см. рис. 2.2), и проводят анализ отдельно для каждой частотной области.

Эквивалентная схема каскада вобласти СЧ приведена на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Схема каскада с ОЭ в области СЧ

Как видно, эта схема не содержит реактивных элементов, т.к. в области СЧ влиянием на АЧХ разделительных () и блокировочных () емкостейуже можно пренебречь, а влияние инерционности БТ и еще незначительно.

Проведя анализ схемы, найдем, что

,

где ;

,

где ;

.

Эти соотношения получены в предположении, что низкочастотное значение внутренней проводимости транзистора много меньшеи.Это условие (если не будет оговорено особо) будет действовать и при дальнейшем анализе усилительных каскадов на БТ. Такое допущение справедливо потому, что БТ является токовым прибором и особенно эффективен при работе на низкоомную нагрузку.

Эквивалентная схема каскадав области ВЧ приведена на рис. 5.10.

Рис. 5.10. Схема каскада с ОЭ в области ВЧ

Поведение АЧХ в этой области определяется влиянием инерционности транзистора и емкости .

Проведя анализ согласно методике подразд. 3.4, получим выражение для коэффициента передачи каскада в области ВЧ:

,

где – постоянная времени каскада в области ВЧ.

Постоянную времени каскада для удобства анализа представим так:

,

где – постоянная времени транзистора (),

;

–постоянная времени выходной цепи транзистора,

;

–постоянная времени нагрузки,

.

Входную проводимость представим в виде:

,

где – входная динамическая емкость каскада,

.

Выходная проводимость определится как

,

где – выходная емкость каскада,.

Выражения для относительного коэффициента передачи и коэффициента частотных искаженийв комментариях не нуждаются:

,

,

,

,

По приведенным выражениям строится АЧХ и ФЧХ каскада в области ВЧ.

Связь коэффициента частотных искажений ивыражается как

.

В n-каскадном усилителе с одинаковыми каскадами наблюдается эффект сужения полосы рабочих частот, который можно скомпенсировать увеличением верхней граничной частоты каскадов до

.

Эквивалентная схема каскада в области НЧ приведена на рис. 5.11.

Поведение АЧХ в этой области определяется влиянием разделительных () и блокировочных () емкостей.

Влияние этих емкостей на коэффициент частотных искажений в области НЧ каскада можно определить отдельно, используя принцип суперпозиции. Общий коэффициент частотных искажений в области НЧ определится как

,

гдеN – число цепей формирующих АЧХ в области НЧ.

Рис. 5.11. Схема каскада с ОЭ в области НЧ

Рассмотрим влияние на АЧХ каскада. Проведя анализ согласно методике раздела 3.4, получим выражение для коэффициента передачи в области НЧ:

,

где – постоянная времени разделительной цепи в области НЧ.

Постоянная времени разделительных цепей в общем случае может быть определена по формуле

,

где – эквивалентное сопротивление, стоящее слева от(обычно это выходное сопротивление предыдущего каскада или внутреннее сопротивление источника сигнала),– эквивалентное сопротивление, стоящее справа от(обычно это входное сопротивление следующего каскада или сопротивление нагрузки).

Для рассматриваемой цепи постоянная времени равна:

.

Выражения для относительного коэффициента передачи и коэффициента частотных искажений в области НЧ таковы:

,

,

,

,

и в комментариях не нуждаются. По этим выражениям оценивается влияние конкретной цепи на АЧХ и ФЧХ каскада в области НЧ.

Связь между коэффициентом частотных искажений и нижней граничной частотой выражается формулой

.

Аналогичным образом учитывается влияние других разделительных и блокировочных цепей, только для блокировочной эмиттерной цепи постоянная времени приблизительно оценивается величиной т.к. сопротивление БТ со стороны эмиттера приблизительно равно(см. подразд. 3.4.1), а влияниемв большинстве случаев можно пренебречь, т.к. обычно<<.

Результирующую АЧХ и ФЧХ каскада в области НЧ можно построить, используя уже упоминавшийся принцип суперпозиции.

В n-каскадном усилителе с одинаковыми каскадами наблюдается эффект сужения полосы рабочих частот, который в области НЧ можно скомпенсировать уменьшением нижней граничной частоты каскадов до .