Свойства схемы

Коэффициент усиления по напряжению

. (28)

Знак «минус» означает инверсию фазы выходного сигнала по отношению к входному.

Коэффициент передачи по току

. (29)

Входное сопротивление

. (30)

Выходное сопротивление

.(31)

, ,,−- параметры модели БТ на рис. 14.

• Упрощенное изображение усилительного каскада с включением БТ с ОБ представлено на рис. 31.

Свойства схемы

Коэффициент усиления по напряжению

. (32)

Фаза выходного сигнала повторяет фазу входного.

Коэффициент передачи по току

. (33)

Входное сопротивление

. (34)

Выходное сопротивление

.(35)

Входной ток в каскаде с ОБ – это ток эмиттера, равен , выходному току каскада, поэтому усилитель с включением БТ ОБ часто называют повторителем тока.

• Упрощенное изображение усилительного каскада с включением БТ с ОК представлено на рис. 32.

Свойства схемы

Коэффициент усиления по напряжению

. (36)

Коэффициент передачи по току

. (37)

Входное сопротивление

. (38)

Выходное сопротивление

. (39)

Каскад с ОК имеет относительно высокое входное и низкое выходное сопротивление, его, как правило, используют для согласования (трансформации) сопротивления.

Основные упрощенные схемы усилительных каскадов на рис. (30…32) не перекрывают весь диапазон возможных схем усилительных каскадов. Наиболее часто с целью получения независимости свойств схемы от свойств БТ используется построение каскадов с ООС. Например, варианты установки рабочей точки на рис. 20, 21 меняют свойства усилительных каскадов и по переменному току. Поэтому следует выделять свойства усилительных каскадов, построенных с использованием ООС, в отдельный раздел схем.

• Упрощенное изображение усилительного каскада с включением БТ с ОЭ и ООС по току представлено на рис. 33.

Свойства схемы таковы. Коэффициент усиления по напряжению

, (40)

где −максимально возможный коэффициент усиления по напряжению на рис. 14. При условиях ,ивыражение (40) упрощается:

. (41)

Коэффициент передачи по току

. (42)

Входное сопротивление

. (43)

Выходное сопротивление

.(44)

Коэффициент усиления по напряжению схемы с ОЭ и ООС по току (рис. 33) значительно меньше, входное сопротивление больше, чем у схемы ОЭ (рис. 30) с непосредственно подключенным к земле эмиттером, что является признаками последовательной по входу ООС. Введение в схему значительно повышает термостабильность каскада (схема установки режима по постоянному току на рис. 20), но при условиях, обеспечивающих минимальную термостабильность (падение напряжения наравно, а падение напряжения на равно),становится равным всего (2,5…5) раз. Компромиссом между термостабильностью каскада и его усилительными свойствами является вариант схемы на рис. 25, где эмиттер БТ заземлен через конденсатор. Свойства схемы на рис. 25 по переменному току аналогичны свойствам схемы с непосредственно заземленным эмиттером (рис. 30) при условии, что сопротивление конденсатора, шунтирующегона самой нижней частоте в спектре усиливаемого сигнала, должно быть много меньше, чем выходное сопротивление БТ VT1 со стороны эмиттера . Отсюда, величина емкости конденсатора (для схемы на рис. 25):

.(45)

Для получения в схеме каскада с ОЭ с ООС по току (рис. 33) строго заданного , следует использовать частичное шунтирование сопротивления(рис. 34).

Свойства схем по переменному току на рис. 34 одинаковы со свойствами схемы на рис. 33 при условии, что величина емкости конденсатора

.(46)

• Усилительный каскад с включением БТ с ОЭ и ООС по напряжению представлен на рис. 35.

Особенностью анализа схемы при рассмотрении её свойств по переменному току надо считать допущение о неизменности напряженияи токапри воздействии входного сигнала. Допущение основано на том, что изменения входного тока и части выходного тока каскада, поступающего обратно на вход схемы через сопротивлениеR2 в узел базового вывода, вследствие наличия ООС, много больше, чем возможное изменение базового тока БТ VT1 в том же узле. Точка соединения сопротивлений R1 и R2 при этом считается точкой нулевого потенциала, точкой «виртуальной» земли. Поэтому любое изменение входного тока каскада, протекающего через R1, появившегося под действием входного напряжения , будет скомпенсировано вследствие инверсии выходного напряжениядолей выходного тока каскада, протекающего через сопротивлениеR2 обратно на вход схемы. Следовательно, . Отсюда упрощенно определяются свойства схемы.

Коэффициент усиления по напряжению

. (47)

Входное сопротивление

. (48)

Выходное сопротивление

.(49)

Для выполнения (47, 48, 49) в схеме должна быть реализована глубокая ООС, поэтому на выбор номиналов элементов накладываются ограничения, как правило, значение R1 выбирают на порядок меньше, чем R2 (). Второе ограничение – величина сопротивления ООСR2 не может быть много больше входного дифференцивльного сопротивления БТ .

При коэффициент усиления по напряжению схемы на рис. 35 (вариант установки рабочей точки на рис. 21) расчитывается как для схемы, у которой ООС по переменному току отсутствует:

.(50)

Следовательно, сопротивление R2 должно быть, чтобы не уменьшать , много больше, чем. По сравнению с основной схемой включения БТ с ОЭ (рис. 30) у каскада с ОЭ и ООС по напряжению (рис. 35) меньшие входное и выходное сопротивления. Коэффициент усиления при указанных выше ограничениях возможно регулировать подбором пассивных элементов.

В случаях невыполнения ограничений следует для расчета параметров каскада с ОЭ и ООС по напряжению (рис. 35) следует пользоваться формулами, приведенными ниже.

Коэффициент усиления по напряжению

, (51)

Входное сопротивление

(52)

Выходное сопротивление

(53)

4. Упрощенные схемы усилительных каскадов на рис. 30-33 отражают только собственные свойства усилителя по переменному току и не включают в себя все элементы для установки рабочей точки БТ, так как существует возможность как и их выбора, так и выбора схемы питания базы БТ. Например, тип базового смещения определяет термостабильность каскада и одновременно шунтирует источник сигнала. Поэтому после расчета входного или выходного сопротивления каскада по переменному току необходимо добавить неучтенные элементы схемы в сооотвестсвии с вариантом установки его рабочей точки, пересчитать входное или выходное сопротивление каскада по переменному току с учетом щунтирующего действия неучтенных элементов. Результатом расчета будет значение иэквивалентной схемы на рис. 29.

5. После оценки параметров эквивалентной схемы усилительного каскада как формализованного узла (рис. 29) следует провести определение величины емкости разделительных и блокировочных конденсаторов, используемых в схеме усилительного каскада. Расчет основан на условиях, что сопротивление разделительного конденсатора , устанавливаемого на входе в схему, много меньше, чем входное сопротивление усилительного каскада (в схеме на рис. 29), а сопротивление разделительного конденсатора, устанавливаемого на выходе схемы , много меньше, чем сопротивление нагрузки . Для инженерного расчета эти условия вырождаются в ,. Отсюда следует, что

, (54)

. (55)

После определения емкости конденсаторов необходимо полученную величину округлить в большую сторону до стандартного значения, регламентируемого в ряде элементов Е24.

6. Нахождение сквозного коэффициента усиления (от источника сигнала до нагрузки). Сквозной коэффициент усиления по напряжению учитывает − коэффициентпередачи делителя напряжения, образованного во входной части схемы сопротивлением источника сигнала и входным сопротивлением каскада , и − коэффициент усиления по напряжению эквивалентной схемы усилительного каскада, как формализованного узла на рис. 29. определяется как для обычного резистивного делителя напряжения. Так какв настоящих методических указаниях для упрощенных вариантов схем каскадов дается уже с учетом влияния выходного делителя напряжения, образованного и , то оценку следует проводить как

. (56)

7. Определение термостабильности приведено ниже в пятом разделе настоящих методических указаний.

8. Оптимизация усилительного каскада (изменение режима по постоянному току, изменение величины элементов схемы, изменение самой схемы), в случае если рассчитанные параметры усилительного каскада не удовлетворяют требованиям технического задания, и полный повторный расчет.