Ступінь спотворень на окремих частотах виражається коефіцієнтом частотних
спотворень М, що дорівнює відношенню коефіцієнта підсилення на середній час- |
||||||||
|
|
|
Кср |
(16) |
|
|
|
|
тоті Кср до коефіцієнта підсилення на даній частоті Кf, |
|
|
|
|||||
Найбільші частотні спотворення виникають на межах діапазону частот f |
|
і f . |
||||||
|
|
Кср |
|
Кср |
|
(17) |
н |
в |
Коефіцієнт частотних спотворень дляМ =цихКчастот: |
|
|
||||||
|
н |
н |
в |
в |
|
|
|
|
де Кн і Кв – відповідно |
коефіцієнти підсилення на нижніх і верхніх частотах діа- |
|||||||
М = |
К |
; М = |
К |
, |
|
|
|
|
пазону.
Коефіцієнт частотних спотворень багатокаскадного підсилювача дорівнює добутку коефіцієнтів частотнихМспотвореньзаг = М М окремих… М каскадів
(18)
Коефіцієнт частотних спотвореньМдб =зручно20lgMвиражати в децибелах
(19)
Для багатокаскадногоМзагпідсилювача.дб = М дб + М дб + + М дб
(20)
3. Характеристики підсилювачів
1) Амплітудна характеристика – це залежність амплітуди вихідного сигналу від амплітуди вхідного сигналу (рис.3):
Рис.3. Амплітудна характеристика підсилювача.
2) Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) представляє собою залежність амплітуди вихідного сигналу від частоти при постійній амплітуді вхідного сигналу (рис. 4)
Н.М. Щупляк. Основи електроніки і мікроелектроніки. |
|
http://dmtc.org.ua/ |
145 |
Рис.4. АЧХ підсилювача.
Для зручності визначення частотних спотворень АЧХ будують в логарифмічному масштабі.
3) Фазова характеристикаφ = F(f) – це залежність різниці фаз між вхідними і вихідними сигналами (рис. 5):
Рис.5. Фазова характеристика підсилювача.
Н.М. Щупляк. Основи електроніки і мікроелектроніки. |
|
http://dmtc.org.ua/ |
146 |
Тема 3.2. КАСКАДИ ПОПЕРЕДНЬОГО ПІДСИЛЕННЯ СИГНАЛІВ НИЗЬКОЇ ЧАСТО-
ТИ
План
1.Призначення та структурна схема підсилювача сигналів низької частоти (ПНЧ)
2.Кола зміщення підсилювальних каскадів.
3.Температурна стабілізація режимів роботи підсилювачів.
4.Графоаналітичний розрахунок підсилювального каскаду.
5.Підсилювальні каскади на польових транзисторах.
6.Види міжкаскадних зв’язків в підсилювачах.
7.Еквівалентна схема підсилювального каскаду з резистивно-ємнісними зв’язками.
1. Призначення та структурна схема підсилювача сигналів низької частоти (ПНЧ)
Основне призначення підсилювача – це підсилення потужності вхідного електричного сигналу.
В якості джерела вхідного сигналу в ПНЧ можуть використовуватися такі пристрої як мікрофон, звукознімач, фотоелемент, термопара і т.п. Типи навантажень теж можуть бути різними, зокрема: гучномовець, вимірювальний прилад, осцилограф, реле, наступний підсилювач.
Більшість джерел вхідного сигналу розвивають низьку напругу. Подавати її безпосередньо на каскад підсилення потужності не має смислу, так як при такій малій керуючій напрузі неможливо отримати значну зміну вихідного струму, а відповідно і вихідної потужності. Тому структурна схема ПНЧ складається із ряду послідовно – з’єднаних попередніх каскадів підсилення та вхідного каскаду, який віддає необхідну потужність корисного сигналу в навантаження (рис.1)
Рис.1. Структурна схема ПНЧ
Слід зауважити, що для будь – якого каскаду підсилення, вхідний малопотужний сигнал керує енергією, що подається в навантаження від джерела живлення значно більшої потужності. Таким чином, завдяки використанню підсилювального елементу (біполярного або польового транзистора) і зовнішнього джерела живлення стає можливим підсилення потужності вхідного сигналу (рис.2)
Н.М. Щупляк. Основи електроніки і мікроелектроніки. |
|
http://dmtc.org.ua/ |
147 |
Рис.2. Структурна схема каскаду ПНЧ
2. Кола зміщення підсилювальних каскадів.
Режим роботи підсилювача за постійним струмом (режим спокою) визначається положенням робочої точки на навантажувальній прямій. Щоб задати робочу точку при відсутності вхідного змінного сигналу, необхідно на вхід підсилювального каскаду подати певне значення постійної напруги, яка має назву напруги зміщення. Кола, що забезпечуються подачу цієї напруги називають колами зміщення.
Існують дві схеми задання початкової напруги: з фіксованим струмом та фіксованою напругою.
2.1. Схема підсилювального каскаду з фіксованим базовим струмом
Схему зміщення фіксованим струмом бази за наявності одного джерела напруги зображено на рис.3. Схема представляє собою підсилювальний каскад з СЕ. Вхідний сигнал поступає на базу і змінює її потенціал відносно заземленого емітера. Це приводить до зміни струму бази,Ка значить, до зміни струму колектора і напруги на навантажувальному опорові .
Рис.3. Схема резистивного каскаду з фіксованим базовим струмом.
Н.М. Щупляк. Основи електроніки і мікроелектроніки. |
|
http://dmtc.org.ua/ |
148 |
Розглянемо склад схеми та призначення елементів:
VT1 – біполярний транзистор - підсилювальний елемент,
|
– колекторне навантаження транзистора за постійним струмом, |
|
|
||||||||||
КК– джерело живлення. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Розділяючий конденсатор |
|
виключає потрапляння постійної напруги |
|
на |
|||||||||
джерело вхідного сигналу. Розділяючий конденсатор |
|
виключає потрапляння |
|||||||||||
|
|
|
Ср |
|
|
|
|
|
|
|
|
БЕ |
|
постійної напруги на колекторі |
|
, яка змінюється за законом вхідного сигналу, |
|||||||||||
але значно перевищує його за велечиною. |
|
|
|
Ср |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
КЕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для цієї схеми Ср та Ср вибирають із наступних умов: |
|
|
|
||||||||||
|
|
нСр∙ |
|
вх; |
нСр∙ |
|
|
н, |
(1) |
|
|
||
де |
|
–нижня границя діапазону частот підсилювального сигналу |
|
|
|||||||||
Навантаження каскаду за змін им струмом |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
н |
|
|
|
|
н |
|
|
(2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Резистор |
в колі бази, забезпечує вибір робочої точки Р на характеристиках |
|
|
н~ = |
н |
Б
транзистора і визначає режим роботи каскаду за постійним струмом. Процес підсилення сигналу ілюструється на рис.4.
Рис.4. Графічне пояснення процесу підсилення сигналу схемою з СЕ |
|
|||
Із рисунку видно, що напруга вхідного сигналу з амплітудою |
|
|
син- |
|
фазно змінює величину струму бази. Ці зміни базового струму |
викликають в коле- |
|||
|
вх = |
бе |
|
|
кторному колі пропорційні зміни струму колектора і напруги на колекторі. Амплі-
туда колекторної напруги |
|
|
бе |
|
|
|
(з врахування масштабу по осі абсцис) виходить |
||||
значно більшою за |
амплітуду напруги на базі |
|
. |
||
|
ке |
|
|
|
|
Н.М. Щупляк. Основи електроніки і мікроелектроніки. |
|
http://dmtc.org.ua/ |
149 |
Слід звернути увагу на то,180°що напруга сигналу на вході і на виході каскаду зсунуті між собою за фазою на , тобто знаходяться в противофазі.
Для отримання найменших спотворень підсилювального сигналу робочу точку Р слід розміщувати на середині відрізку АВ навантажувальної прямої, побудованої в сім’ї вихідних характеристик транзистора. Із рисунку 4,б видно, що положення
робочої точки Р відповідає струмові зміщення |
ІБР |
, що забезпечується величиною |
|||
опору резистора |
Б. |
|
|
|
|
|
Б = |
ІБРбер |
≈ |
ІБР , (3) |
|
2.2. Схема підсилювального каскаду з фіксованою базовою напругою
Схема з фіксованим базовим струмом використовується лише тоді, коли каскад працює при малих коливаннях температури транзистора.
Більш ефективною являється схема зміщення з фіксованою базовою напругою (див.рис.5)
Рис.5. Схема підсилювача з фіксованою напругою зміщення |
|
||||||||||
В цій схемі резистори |
|
|
представляють подільник напруги, який ввімкне- |
||||||||
живлення’ і " |
|
|
. Опори дільника вибираються із наступних |
||||||||
ний паралельно джерелу |
б |
б |
|
; |
|
" |
|
|
|
||
співвідношень: |
Е’к = |
’ б |
+ "б |
|
|
|
|
||||
|
б = |
б( |
|
|
Ек |
|
б = |
БЕР |
|
||
|
Д |
БР + Д) |
|
|
|
||||||
|
|
|
’ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– струм, що проходить через подільник напруги |
|
||||||||
|
Тоді, Ек = |
б |
БР |
+ |
|
Д |
+ |
БЕР |
|
||
|
Звідки |
б’ |
= |
БР |
|
Д |
|
(3) |
|
||
|
|
|
Ек |
БЕР |
|
|
|||||
|
Н.М. Щупляк. Основи електроніки і мікроелектроніки. |
|
|||||||||
|
|
|
|
http://dmtc.org.ua/ |
150 |
||||||