Реферат: Исследования резисторного усилительного каскада
Резисторные усилительные касакады широко применяются в различных областях радиотехники. Идеальный усилитель имеет равномерную АЧХ во всей полосе частот, реальный усилитель всегда имеет искажения АЧХ , прежде всего - снижение усиления на низких и высоких частотах, как показано на рис. 3.1.
Рис.3.1.
Схема резисторного усилителя переменного тока на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером представлена на рис. 3.2, где Rc - внутреннее сопротивление источника сигнала Uc ; R1 и R2 - сопротивления делителя, задающие рабочую точку транзистора VT1 ; Rэ - сопротивление в цепи эмиттера, которое шунтируется конденсатором Сэ ; Rк - коллекторное сопротивление; Rн - сопротивление нагрузки; Cp - разделительные конденсаторы, обеспечивающие разделение по постоянному току транзистора VT1 от цепи сигнала и цепи нагрузки.
Рис. 3.2.
Температурная стабильность рабочей точки возрастает при увеличении R э (за счет увеличения глубины отрицательной обратной связи в касакаде на постоянном токе), стабильность рабочей точки также возрастает и при уменьшении R 1, R 2 (за счет увеличения тока делителя и повышения температурной стабилизации потенциала базы VT 1 ). Возможное уменьшение R 1, R 2 ограничено допустимым снижением входного сопротивления усилителя, а возможное увеличение R э ограничено максимально допустимым падением постоянного напряжения на сопротивлении эмиттера.
3.1. Анализ работы резисторного усилителя в области низких, средних и высоких частот.
Эквивалентная схема выходной цепи усилителя по схеме рис.3.2 представлена на рис. 3.3, где: S - крутизна трагзистора, Uc - входной сигнал, Yi = Y22 - выходная проводимость транзистора, Yк =1/Rк - коллекторная проводимость , Со = Свых + См + Сн , Свых - выходная емкость транзистора, См - распределенная паразитная и монтажная емкости, Сн - емкость нагрузки, Ср - разделительный конденсатор, Yн = 1/Rн - проводимость нагрузки. Отметим, что обычно в усилителях проводимости Yi < Yн <Yк (1/Yi > Rн > Rк).
Рис.3.3.
Эквивалентная схема получена с учетом того, что на переменном токе шина питания (“-Еп ”) и общая точка (“земля”) являются короткозамкнутыми, а также с учетом допущения 1/ w C э << R э , когда можно считать эмиттер VT 1 подключенным на переменном токе к общей точке.
Поведение усилителя различно в области низких, средних и высоких частот (см.рис. 3.1). На средних частотах (СЧ) , где сопротивление разделительного конденсатора Ср пренебрежимо мало (1/ w C р << R н ), а влиянием емкости Со можно пренебречь, так как 1/ w C о >> R к , эквивалентная схема усилителя преобразуется в схему рис.3.4.
Рис.3.4.
Из схемы рис.3.4 следует, что на средних частотах усиление касакада Ко не зависит от частоты w :
Ко = - S /( Yi + Y к + Y н ),
откуда с учетом 1/ Yi > R н > R к получаем приближенную формулу
Ко » - SR к.
Следовательно, в усилителях с высокоомной нагрузкой номинальный коэффициент усиления Ко прямо пропорционален величине сопротивления коллектора R к .
В области низких частот (НЧ) также можно пренебречь малой емкостью Со , но необходимо учесть возрастающее с понижением w сопротивление разделительного конденсатора Ср . Это позволяет получить из рис. 3.3 эквивалентную схему усилителя на НЧ в виде рис.3.5, откуда видно, что конденсатор Ср и сопротивление R н образуют делитель напряжения, снимаемого с коллектора транзистора VT 1 .
Рис.3.5.
Ч ем ниже частота сигнала w , тем больше емкостное сопротивление Ср (1/ w C р ), и тем меньшая часть напряжения попадает на выход, в результате чего происходит снижение усиления. Таким образом, Ср определяет поведение АЧХ усилителя в области НЧ и практически не оказывает влияния на АЧХ усилителя в области средних и высоких частот. Чем больше Ср , тем менбше искажения АЧХ в области НЧ, а при усилении импульсных сигналов - тем меньше искажения импульса в области больших времен (спад плоской части вершины импульса), как показано на рис.3.6.
Рис.3.6.
В области высоких частот (ВЧ), как и на СЧ, сопротивление разделительного конденсатора Ср пренебрежимо мало, при этом определяющим на АЧХ усилителя будет наличие емкости Со . Эквивалентная схема усилителя в области ВЧ представлена на схеме рис.3.7, откуда видно, что емкость Со шунтирует выходное напряжение U вых , следовательно с повышением w будет уменьшаться усиление касакада. Дополнительной причиной снижения усиления на ВЧ является уменьшение крутизны транзистора S по закону:
S ( w ) = S /(1 + j w t ),
где t - постоянная времени транзистора.