Принципы построения усилительных каскадов. Частотные свойства усилительных каскадов
Общая схема усилит каскада:
УЭ-управляющий эл-т(транзистор или лампа); -разделитилельные конденсаторы; R-токоограничивающий резистор;
-сопротивление нагрузки;
(t)-входной сигнал;
(t)-усиленный выходной сигнал.
=
- выходное напряжение каскада в отсутствии сигнала.
- макс возмож ток.
=
=
- оптим-ный ток смещения.
подмешивает сигнал к напряж-ю смещения на выходе,
деляет постоянную составляющую
на выходе. Сопротив-е конденсаторов д/сигналов пренебрежимо мало:
. Для сигнала вывод t и общ клемма источника оказ-ся закороченными, т.к.. на выходе источника исп-т емкостной фильтр.
Усилительная схема каскада с общим эмиттером и её расчет.
задают режим покоя или постоянное смещение каскада.
ограничивают ток
.
– образуют входной делитель напряжения.
;
,
где - предельный ток,к-й может протекать через транзистор.
=4 и
и
=1+
Рассмотрим режим сигнала на входе: ; говорят, что конденсатор
закорачивает
, а клеммы источника питания закорочены.На основе схемы замещения транзистора можно построить схему замещения каскада.
Св-ва каскада на основе замещения цепи:
=
=
||
||(p+1)
;
=
||
=
;
=
||
; -
=
;
>>(
+1)
;
:
=
;
=
;
=
- коэф-т усиления по напряжению.
= -
; знак «-» означает, что каскад усиления явл-ся инвертирующим т.е. меняет знак входного сигнала.
; вернемся к (*):
=
;
=
; ; -
=
-
; каскад усиливает и ток, и напряж-е, и,соотв-но, мощность.
=
-коэф. мощности сигнала.
32. Усилительная схема каскада с общим коллектором и её расчет.
Схему рис. называют каскадом с общим коллектором (ОК), потому что коллекторный вывод транзистора по переменному току является общим электродом для входной и выходной цепей каскада. Схема также называется эмиттерным повторителем, т.к. выходное напряжение, снимаемое с эмиттера транзистора близко по величине входному напряжению ( Uвых = Uвх + Uбэ Uвх ) и совпадает с ним по фазе.
Расчет каскада по постоянному току проводят аналогично со схемой ОЭ. Резистор Rэ в схеме выполняет ту же функцию, что и резистор Rк в схеме ОЭ – создание изменяющегося напряжения в выходной цепи за счет протекания в ней тока, по цепи базы. Конденсаторы Ср1 и Ср2 являются разделительными, а резисторы R1 и R2 предназначены для задания рабочей точки, причем для повышения входного сопротивления резистор R2 в схему часто на вводят. Входное сопротивление каскада ОК определяется параллельно включенными сопротивлениями R1, R2 и сопротивлением входной цепи транзистора rвх: Rвх = R1 || R2 || rвх. Из эквивалентной схемы замещения рис.1.23б можно найти: Uвх = Iб [rб + (1 + )(rэ + Rэ || Rн)], а разделив левую и правую часть уравнения на Iб получим: rвх = rб + (1 +
)(rэ + Rэ || Rн). Если принять, что rэ и rб значительно меньше других составляющих полученного выражения, то входное сопротивление транзистора , включенного по схеме ОЭ rвх
(1 +
)(Rэ || Rн), а входное сопротивление каскада ОК: Rвх
R1 || R2 || (1 +
)(Rэ || Rн).При достаточно высокоомном входном делителе и транзисторе с высоким
входное сопротивление каскада может достигать десятков-сотен кОм, что является одним из важнейших достоинств каскада ОК. Коэффициент усиления по току можно определить , используя эквивалентную схему замещения, аналогично каскаду ОК
. Ток нагрузки является частью эмиттерного тока транзистора, поэтому:
откуда: .
Выразив аналогично схеме ОЭ ток базы через входной ток каскада получаем: . Разделив левую и правую часть уравнения на Iвх имеем:
, т.е. коэффициент усиления каскада ОК зависит от соотношений Rвх и rвх, а также Rэ и Rн. Если предположить, что Rвх
rвх, имеем;
. Таким образом, каскад ОК обеспечивает усиление по току, причем при Rэ = Rк и одинаковых значениях Rн коэффициенты усиления по току в схемах ОК и ОЭ примерно одинаковы. Коэффициент усиления по напряжению аналогично схеме ОЭ может быть определен как:
. После подстановки значения КI:
. Для оценки коэффициента усиления каскада ОК по напряжению примем Rвх >> Rг и считаем делитель в цепи базы достаточно высокоомным. Это позволяет принять
и получить КU
1. Точный расчет дает КU < 1 и в пределе стремится к единице. Выходное сопротивление каскада ОК представляет собой сопротивление со стороны эмиттера, которое из эквивалентной схемы замещения определяется как:
. Выходное сопротивление каскада ОК мало и составляет 10 - 50 Ом, поэтому каскад ОК целесообразно использовать при необходимости согласования выходной цепи усилителя с низкоомным сопротивлением нагрузки.