Усилители_теория (Лабораторные работы с официального сайта с примерами), страница 2

Считая малымиемкостное сопротивление разделительного конденсатора и внутреннее источника питания Eк, можноутверждать, что сопротивление со стороны коллектора по переменному току Rк ~ определяется сопро34тивлениями резисторов Rк и Rн, включенных параллельно.RRRк ~  к н(3)Rк  RнСуммарное сопротивление выходной цепи усилителя по переменному току с учетом сделанныхзамечаний будет R ~ = Rк ~+ Rэ1. Поскольку при наличии входного сигнала напряжение и ток транзисторапредставляют собой суммы постоянной и переменной составляющей, линия нагрузки по переменномутоку (в – г), рис. 4, также проходит через точку покоя П'. Наклон ее будет больше, чем линии нагрузкипо постоянному току, т.к. он определяется величиной R ~, а она меньше R=.Для анализа каскада в режиме усиления удобно построить переходную характеристику усилителя, рис. 4.

Она может быть легко получена по точкам пересечения линии нагрузки по переменному токус выходными характеристиками транзистора.При подаче на вход каскада напряжения uвх(t) происходит перемещение рабочей точки по входной характеристике. Проецируя перемещение рабочей точки сначала на переходную, а затем и на выходные характеристики, получаем переменную составляющую усиленного напряжения uкэ(t), котораяпрактически равна выходному напряжению каскада. При этом фаза выходного напряжения каскада сОЭ противоположна фазе входного сигнала.Рис. 4. Графоаналитический метод расчета усилителя с общим эмиттером.Проведенные на рис.

4 геометрические построения показывают, что коэффициент усиления каскада по напряжению KU напрямую связан с наклоном линии нагрузки по переменному току. Теоретически коэффициент усиления можно приближенно определить по выражениюRKU  к ~(4)Rэ145где Rк ~ определяется по формуле (3).Основными характеристиками каскада являются амплитудная и амплитудно-частотная (АЧХ).Амплитудная характеристика определяет зависимость амплитуды или действующего значения выходного напряжения от амплитуды или действующего значения входного напряжения при постоянной частоте входного сигнала.

По этой характеристике судят о возможных пределах изменения входного ивыходного сигналов усилителя. Типичный вид амплитудной характеристики усилителя показан на рис.5.Рис. 5. Амплитудная характеристика усилителя.Линейная зависимость между Uвх и Uвых (участок 1-2) сохраняется до тех пор, пока рабочая точкаперемещается относительно точки покоя П по линейному участку переходной характеристики усилителя, рис.

4. На участке 2-3 пропорциональная зависимость нарушается. Причиной является ограничениенапряжения одной или обеих полуволн выходного напряжения на неизменном уровне. Ограничениенапряжения одной из полуволн обусловливается перемещением рабочей точки вдоль линии нагрузки попеременному току в область начальных участков коллекторных характеристик, а другой полуволны –перемещением рабочей точки в область отсечки коллекторного тока.Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) усилителя представляет собой зависимость модуля коэффициента усиления KU от частоты усиливаемого сигнала при неизменном входном сигнале. Типовая АЧХ усилителя с общим эмиттером и разделительными конденсаторами изображена на рис.

6.Рис. 6. Амплитудно-частотная характеристика усилителя.Нелинейность АЧХ обусловлена наличием в схеме усилителя элементов, параметры которых зависят от частоты. В диапазоне средних частот коэффициент усиления KU0 практически неизменен. Помере снижения частоты начинает сказываться увеличение емкостного сопротивления1XC разделительных конденсаторов.ωCВследствие увеличения падения напряжения на конденсаторе Ср1 уменьшается напряжение сиг56нала, поступающего на базу транзистора от источника входного сигнала. Кроме этого на нагрузку приходит меньший сигнал из-за увеличения падения напряжения в Ср2.Необходимо отметить, что на коэффициент усиления в области низких частот оказывает влияниетакже конденсатор Сэ. При снижении частоты шунтирующее действие этого конденсатора ослабляется,что приводит к возрастанию влияния отрицательной обратной связи по переменному току и снижениюкоэффициента усиления каскада.Уменьшение коэффициента усиления на высоких частотах обусловлено снижением коэффициента усиления транзистора β, наличием межэлектродных емкостей транзистора, влияние которых заключается в шунтировании соответствующих p-n переходов тем больше, чем выше частота усиливаемогосигнала.Диапазон частот, в пределах которого усилитель обеспечивает заданное значение коэффициентаусиления, называют полосой пропускания.

Различают нижнюю fн и верхнюю fв граничные частоты полосы пропускания, на которых коэффициент усиления падает в 2 раз. При расчете усилителя выборконденсаторов Ср1, Ср2 и Сэ производится таким образом, чтобы их емкостное сопротивление в диапазоне частот полосы пропускания было мало и падением напряжения на них можно было пренебречь.На практике ни один усилитель не используется без обратной связи. Под обратной связью понимается передача части электрического сигнала из выходной цепи во входную. В усилителях в основномиспользуется отрицательная обратная связь (ООС), которая позволяет улучшить многие характеристикиусилителей.

Несмотря на снижение общего коэффициента усиления введение ООС (или увеличение ееглубины) делает усилитель более стабильным, расширяет его полосу пропускания и линейный участокамплитудной характеристики, рис. 7.В исследуемом усилительном каскаде, рис.

3 применена отрицательная обратная связь по токуэмиттера, а резисторы Rэ1 и Rэ2 являются элементами цепи обратной связи. В данном случае обратнаясвязь необходима для стабилизации положения точки покоя при возможных изменениях температурытранзистора, т.е. используется эмиттерная температурная стабилизация.Рис. 7. Влияние ООС на характеристики усилителя.Температурная зависимость параметров режима покоя обусловлена зависимостью коллекторноготока покоя Iк п от температуры. При отсутствии мер по стабилизации тока Iк п его температурные изменения вызывают смещение режима работы каскада в нелинейную область характеристик транзистора иискажению формы кривой выходного сигнала.Проявление отрицательной обратной связи и ее стабилизирующего действия на ток Iк п нетруднопоказать непосредственно на схеме рис. 3.

Предположим, что под влиянием температуры ток Iк п↑ увеличивается. Это вызывает увеличение тока Iэ п↑ и повышение напряжения Uэ п↑ = Iэ п↑(Rэ1 + Rэ2) = Iэ п↑Rэ.При неизменном напряжении на базе Uб п= const напряжение между базой и эмиттером Uбэ п↓ = Uб п - Uэп↑ снижается. С уменьшением Uбэ п↓ снижается ток Iб п↓, но так как Iк п = β· Iб п, то происходит уменьшение тока Iк п↓. В результате создается препятствие наметившемуся его увеличению.Повышение Uэ п ( за счет выбора резистора Rэ большей величины) сказывается на увеличениитемпературной стабильности режима покоя, однако при этом уменьшается рабочий диапазон выходногонапряжения.

С учетом данных факторов напряжение Uэ п обычно выбирают равным (0.1….0.3)Ек.67И наконец, еще раз остановимся на роли конденсатора Сэ. Введение этого конденсатора ослабляет отрицательную обратную связь по переменному току. Глубина обратной связи в рассмотреннойсхеме усилителя регулируется соотношением резисторов Rэ1 и Rэ2. При большей глубине обратной связи (повышении Rэ1) коэффициент усиления падает, однако при этом усилительный каскад в целом становится более стабильным и расширяется его полоса пропускания. Обычно соотношение Rэ1 и Rэ2 (приRэ1 + Rэ2 = const) выбирается исходя из разумного компромисса между коэффициентом усиления и частотными свойствами каскада.ЛИТЕРАТУРА1. Забродин Ю. С. Промышленная электроника.-M.: Высшее образование, 1982.

496 с.2. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и микропроцессорная техника.- M.: Кнорус, 2013. 622 с.3. Герасимов В.Г. Электротехнический справочник (в 4-х томах). Том 2. М.: Издательство МЭИ,2003. 520 с.7.