Реферат: Усилительные свойства одиночных каскадов

или, для случая когда все nфильтров имеют одинаковую частоту среза f₀ :

.

Каждая частота среза может быть определена как:

,

где R_i.экв – эквивалентное сопротивление схемы относительно зажимов i-го конденсатора, при условии, что остальные конденсаторы закорочены.

5. Работа усилительных каскадов в области высоких частот

В области высоких частот работа усилительных каскадовв основном определяется двумя факторами:

- частотной зависимостью коэффициента усиления по току транзисторов, которая определяется их физико-химическими и технологическими параметрами;

- наличием паразитных ёмкостей или специально установленных конденсаторов, образующих с внешними сопротивлениями фильтры нижних частот.

Эти факторы приводят к снижению усиления в области высоких частот, и их необходимо принимать во внимание при проектировании усилителей, граничная частота которых превышает 100 кГц .

6. Дифференциальный каскад

Дифференциальный каскад – это симметричный усилитель постоянного напряжения с двумя входами и двумя выходами. Основная его схема представлена на рисунке 5. В общую эмиттерную цепь включён источник тока на транзисторе VT2. За счёт этого обеспечивается постоянство эмиттерных токов транзисторов VT1 и VT3: I_Э1 I_Э3 = I_K2 . Если Е_С1 = Е_С2 = 0, вследствие симметрии схемы ток I_K2 равномерно распределяется между транзисторами VT1 и VT3:

I_Э1 = I_Э3 = I_K2 /2,

откуда, пренебрегая базовым током, найдём, что:

I_К1 + I_К3 = I_K2 .

Рис. 5. Основная схема дифференциального усилителя

Эти соотношения не изменятся, если входные сигналы получат одинаковые приращения (синфазный сигнал). Поскольку резисторы R_К2 и R_К1 одинаковы, коллекторные токи транзисторов дифференциальной пары остаются равными друг другу, не изменяется и разность выходных напряжений: U_ВЫХ1 - U_ВЫХ2 » 0,то есть коэффициент усиления синфазного сигнала в первом приближении равен нулю.

Если для определённости положить, что Е_С1 > Е_С2 , то изменяется распределение токов в дифференциальной паре:I_К1 увеличивается, а I_К3 соответственно уменьшается, а их сумма остаётся равной I_K2 . Поэтому приращения коллекторных токов транзисторов VT1 и VT3 равны по абсолютной величине и противоположны по знаку:DI_К1 = -DI_К2 .

Приращения токов I_К1 и I_К3 вызывают соответствующие приращения напряжений на резисторах R_K1 и R_K2 . Таким образом, в отличие от синфазного управления, разность входных напряжений вызывает изменение выходных напряжений.

Заметим, что изменение напряжений база-эмиттер под воздействием температуры действует как синфазный сигнал и, следовательно, не влияет на работу схемы. Поэтому усилитель на основе дифференциального каскада хорошо приспособлен для усиления сигналов постоянного тока и является основой для создания операционных усилителей.

В том случае, когда необходимо усилить не разность напряжений, а только одно входное напряжение, другой вход каскада можно заземлить, в результате чего дифференциальное напряжение будет равно Е_С1 либо –Е_С2 , в зависимости от того, какой из входов заземлён.

Коэффициенты усиления для дифференциального сигнала по выходам 1 и 2 отличаются только знаком, так как один из транзисторов работает в схеме включения с ОЭ, другой – с ОБ:

то есть приращения коллекторных напряжений равны, но имеют противоположные знаки.

На самом деле дифференциальный каскад реагирует и на изменение синфазного сигнала. Чтобы определить коэффициент усиления синфазного сигналаK_U.СФ , будем считать, что в эмиттерные цепи дифференциальной пары включён источник тока с сопротивлением r_ИТ . Если к обоим входам приложить одно и то же напряжение U_СФ , то ток равномерно распределится между транзисторами VT1 и VT2. При этом их можно рассматривать как два параллельно включённых эмиттерных повторителя с общим эмиттерным сопротивлением r_ИТ . Задавая приращение DU_СФ , найдём приращение тока коллектора транзистора VT1 или VT2:

Тогда для коэффициента усиления синфазного сигнала получим: