- •1. Малосигнальные схемы замещения усилительных элементов
- •1.1. Схемы замещения электронных приборов
- •Контрольные вопросы
- •1.2. Схемы замещения операционных усилителей
- •Контрольные вопросы
- •2. Анализ резисторных каскадов на электронных приборах в режиме усиления малых сигналов
- •2.1. Каскад с общим инжекторным электродом
- •Задания для самостоятельной работы
- •Контрольные вопросы
- •2.2. Каскады с общим коллекторным электродом
- •2.2.1. Истоковый повторитель
- •Задания для самостоятельной работы
- •Контрольные вопросы
- •2.2.2. Эмиттерный повторитель
- •А) принципиальная схема, б), в) промежуточные эквивалентные схемы,
- •Задания для самостоятельной работы
- •Контрольные вопросы
- •2.2.3. Повторитель с высоким входным сопротивлением
- •Задания для самостоятельной работы
- •Контрольные вопросы
- •2.3. Каскад с общим управляющим электродом
- •Задания для самостоятельной работы
- •Контрольные вопросы
- •2.4. Каскодный усилитель
- •Задания для самостоятельной работы
- •Контрольные вопросы
- •2.5. Каскад с разделённой нагрузкой
- •Схеме рис. 2.8г соответствует система узловых уравнений
- •Задания для самостоятельной работы
- •Контрольные вопросы
- •2.6. Дифференциальные усилители
- •2.6.1. Симметричный дифференциальный усилитель
- •2.6.2. Несимметричный дифференциальный усилитель
- •Задания для самостоятельной работы
- •Контрольные вопросы
- •3. Анализ резисторных каскадов с учетом емкостей
- •3.1. Влияние емкостей, шунтирующих сигналы
- •Задания для самостоятельной работы
- •Контрольные вопросы
- •3.2. Влияние емкостей разделительных конденсаторов
- •Задания для самостоятельной работы
- •Контрольные вопросы
- •3.3. Влияние проходных емкостей
- •Задания для самостоятельной работы
- •Контрольные вопросы
- •4. Анализ избирательных усилителей
- •4.1. Каскады с одиночными контурами
- •4.1.1. Резонансный усилительный каскад с общим эмиттером
- •4.1.2. Резонансный усилительный каскад с общей базой
- •4.1.3. Резонансный каскодный усилитель
- •4.1.4. Резонансный усилитель с автотрансформаторной связью контура с эп и нагрузкой каскада
- •4.2. Каскады со связанными контурами
- •Задания для самостоятельной работы
- •Контрольные вопросы
- •5. Анализ схем на операционных усилителях
- •5.1. Неинвертирующая схема усилителя
- •5.2. Инвертирующая схема усилителя
- •5.3. Логарифмирующая и потенцирующая схемы
- •5.4. Интегрирующая и дифференцирующая схемы
- •5.5. Суммирующая и вычитающая схемы
- •5.6. Активные rc-фильтры
- •Задания для самостоятельной работы
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
Задания для самостоятельной работы
1. В рабочей тетради для самостоятельной работы повторить последовательность действий, использованных при анализе влияния разделительного конденсатора на характеристики каскада с общим истоком, представленного на рис. 3.1а:
1.1. осуществить переход от принципиальной схемы (рис. 3.1а) к эквивалентной схеме, данной на рис. 3.1в;
1.2. для полученной эквивалентной схемы записать систему уравнений, связывающую и = ;
1.3. получить формулу (3.4), определяющую комплексную передаточную функцию каскада, и формулы (3.5), выражающие амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики каскада;
1.4. решая уравнение , получить формулу, определяющую нижнюю граничную частоту усиливаемых колебаний;
1.5. осмыслить полученные выражения, начертить график АЧХ каскада, записать в тетради соответствующие выводы.
2. Аналогично п.п. 1.1 – 1.6, провести анализ совместного влияния на характеристики каскада разделительного конденсатора и емкостей, шунтирующих сигналы. Получить формулы (3.6) и (3.7), определяющие комплексную передаточную функцию каскада, амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики. Начертить график АЧХ каскада с учетом указанных емкостей.
Контрольные вопросы
1. В чем проявляется влияние емкостей разделительных конденсаторов усилительных каскадов?
2. Каков физический смысл параметра , присутствующего в формулах (3.4) и (3.5)?
3. Как нужно изменить емкость разделительного конденсатора, чтобы понизить нижнюю граничную частоту усиливаемых колебаний?
3.3. Влияние проходных емкостей
Теперь покажем, как исследуется влияние на передаточные функции и входные сопротивления усилителей проходных емкостей – емкостей, находящихся между входными и выходными цепями каскадов. В качестве примера продолжим рассмотрение выбранного ранее усилителя (рис. 3.1а). Здесь проходной является емкость между затвором и стоком транзистора СЗС физической схемы замещения транзистора (рис. 1.3в). Эквивалентные схемы каскада, учитывающие только эту емкость СЗС = СПР и введенную выше суммарную проводимость GЭ = GВН+GС+GН, приведены на рис. 3.4а и рис. 3.4б. Для схемы рис. 3.4б записываем уравнение, связывающее комплексные амплитуды и ,
.
Из него следует выражение, определяющее комплексную передаточную функцию каскада,
. |
(3.8) |
Рис. 3.4. Эквивалентные схемы каскада на полевом транзисторе с общим истоком для определения K(ω):
а), б) с учетом проходной емкости;
в) с учетом проходной емкости и емкости, шунтирующей сигнал
Из (3.8) получаем формулу для амплитудно-частотной характеристики каскада
, |
(3.9) |
где = CПР RЭ – постоянная времени перезаряда емкости CПР.
Из формулы (3.9) видно, что коэффициент усиления с ростом частоты уменьшается от значения |k|=SRЭ до единицы. Таким образом, проходная емкость CПР подобно емкости СЭ, влияние которой выяснено в п. 3.1, оказывает шунтирующее действие, ограничивая сверху диапазон частот усиливаемых колебаний.
Эквивалентные схемы рассматриваемого каскада, учитывающие обе указанные емкости, представлены на рис.3.4в. Уравнение для комплексной амплитуды выходного напряжения в этом случае имеет вид:
,
откуда находим комплексную передаточную функцию каскада
|
(3.10) |
Анализируя последнее выражение, замечаем, что с увеличением частоты коэффициент усиления уменьшается от значения |k|=SRЭ при ω=0 до значения |k|=CПР/ (CЭ + CПР) при ω→∞.
Входную проводимость каскада определяют отношением YВХ.К= ВХ/ , где неизвестным является входной ток IВХ. Чтобы определить его, используем эквивалентные представления исходной схемы рис. 3.1а, приведенные на рис. 3.5. Здесь учтены емкости транзистора: входная СЗИ и проходная емкость СПР=СЗС.
Рис. 3.5. Эквивалентные схемы каскада на полевом транзисторе с общим истоком для определения ZВХ.К с учетом проходной емкости
Для схемы рис. 3.5б, суммируя токи ветвей 1, 2 и 3 с учетом полученного выше соотношения , находим входной ток
,
а затем входную проводимость
YВХ.К= GЗ + jω(CЗИ+ CПР (1+ |k|)). |
(3.11) |
Последняя формула показывает, что в усилительных каскадах с общим инжекторным электродом проходные емкости существенно влияют на входное сопротивление каскада ZВХ.К= 1/YВХ.К, значительно увеличивая его входную емкость, т.е. уменьшая входное сопротивление с ростом частоты. Можно показать, что этот эффект отсутствует в усилительных каскадах с общим управляющим электродом, что и определяет широкое использование последних в усилителях, работающих на высоких частотах.