Шамшин В.Г. Основы схемотехники (2008), страница 9

Область больших временДля области больших времен, которой соответствует эквивалентнаясхема рис.4.4, уравнение переходной характеристики будет иметь видttth (t и ) = e » 1 - и .tнКак было отмечено выше, за время действия входного сигнала длительностью tи выходное напряжение уменьшается по мере заряда разделительного конденсатора и к окончанию его заряда уровень снизится на величину спадан∆ = h(to) – h(tи) = tи / τн.(4.37)Спад вершины – относительная величина,показывающая уровень уменьшения амплитуды выходного сигнала за время действия входного.

(Может быть выражен и в процентах)59Спад вершины импульса также связан с низшей частотой усиленияD=tиt × 2pF × M 2 - 1 = 2pF t .ннниtн и(4.38)Таким образом, по заданным значениям времени установления и спадавершины импульса можно определить необходимый диапазон частот, обеспечивающий переходные искажения.Для многокаскадных усилителей уровень переходных искажений определяется по формулам:t у = t у1 +t у 2 + × × ×t уn222(4.39)∆ =∆1+ ∆2 + ×××∆n4.5.3. Работа повторителей в импульсном режимеВ момент начала действия входного сигнала в транзисторе образуетсяскачок тока ∆Iк=S×Uвх(t). По мере заряда емкости нагрузки начинает проявляться действие ООС, что уменьшает уровень управляющего напряжения,которое и определяет конечное значение степени нарастания выходного напряжения. Таким образом, повторитель обладает меньшим временем установления, так как имеет меньшую постоянную времени τвп= τв / F.4.6.

Трансформаторные каскадыТрансформаторные каскады находят применение в качестве оконечных, когда необходимо получить выходное напряжение больше напряженияпитания, а также в промежуточных при необходимости произвести согласование выходного сопротивление активного элемента с входным сопротивлением следующего каскада.В трансформаторном каскаде (рис. 4.10, а) взамен резистора в выходной цепи активного элемента введен трансформатор. В связи с этим нагрузкой транзистора по постоянному току является активное сопротивление первичной обмотки трансформатора r1, а по переменному току – приведенноесопротивление R'к = r1 + r'2 + R'н. Заданный режим работы (Iко, Uко) также определяется сопротивлениями делителя во входной цепи, термостабильностьрежима обеспечивается цепочкой RэCэ.Эквивалентная схема каскада для переменного тока с сопротивлениемнагрузки, приведенным к его первичной обмотке, приведена на рис.

4.10, б. Вэтой схеме r1 и r2 – активные сопротивления первичной и вторичной обмоток,L1 – индуктивность первичной обмотки, L's2 – индуктивность рассеяниятрансформатора, С'о=Сн+Стр – полная емкость каскада. Приведение произво-60дится с использованием коэффициента трансформации n=W2/W1, где W- число витков обмоток трансформатора.Приведенные значения соответственно равны:r'2 = r2/n2, R'н=Rн/n2, L's= Ls/ n2 .(4.40)Рис.4.11. Схема трансформаторного каскадаАнализ эквивалентной схемы показывает, что уровень усиления каскада на различных частотах определяется индуктивностями и емкостью.4.6.1. Область средних частотВ области средних частот можно полагать, что влияние индуктивностей и емкости незначительно и поэтому коэффициент усиления определяется только активными сопротивлениями и коэффициентом трансформацииКо =S × nтр × R'нr1 + r '2 + R' н.(4.41)Выходное сопротивление каскада с учетом внутреннего сопротивлениятранзистора и формул приведения равноRвых=(Ri+r1+r'2)×n2(4.42)4.6.2.

Область низких частотПоскольку L1>>Ls, то снижение усиления на низких частотах определяется влиянием индуктивности L1, у которой в этой области частот уменьшается сопротивление Xl=wL1, что приводит к шунтированию выхода транзистора. Коэффициент частотных искажений определяется стандартной формулой (4.9), в которой постоянная времени области низких частот принимаетсяравной tн = L1 ×[r1 // (r'2 +R'н)].614.6.3.

Область высоких частотВ области высоких частот работа каскада возможна в двух режимах.Первый режим, характерный для оконечных или для промежуточных каскадов, в которых транзистор, обладающей большой предельной частотой усиления, включен по схеме с общей базой, является режимом работы на активную нагрузку. В этом случае коэффициент усиления уменьшается ввиду роста сопротивления индуктивности рассеяния Ls и при расчете коэффициентачастотных искажений М в = 1 + (w вt в ) 2 постоянная времени области высоких частот каскада с ОИ равна tв = L's2 × R'k и каскада с ОЭ – tв = t + L's2 × R'k.Второй режим, когда промежуточный каскад работает на каскад с общим эмиттером, является режимом работы на емкостную нагрузку.

В определенном диапазоне частот, в котором проявятся резонансные явления колебательного контура, образованного индуктивностью Ls и емкостью Со коэффициент усиления может возрасти. Значение частоты, на которой возможенрезонанс, определяется по формулеfo =1.2p × n Ls C н(4.43)Вопросы для самопроверки1. Начертить эквивалентную схему усилительного каскада с ОЭ и объяснить ее построение.2. Какие параметры каскада с ОЭ определяют вид амплитудночастотной характеристики в области низких частот?3.

Какие параметры каскада с ОЭ определяют вид амплитудночастотной характеристики в области высоких частот?4. Какие параметры биполярного транзистора влияют на ход амплитудно-частотной характеристики?5. Начертить эквивалентную схему усилительного каскада с ОИ и объяснить ее построение.6. Какие параметры каскада с ОИ определяют спад вершины импульсаи его время установления?7. Назвать основные отличия показателей каскадов с ОЭ и ОБ.8. Какими достоинствами и недостатками обладает эмиттерный (стоковый) повторитель?9. Какие параметры трансформаторного каскада определяют вид амплитудно-частотной характеристики в области высоких частот?10.

Какие параметры трансформаторного каскада определяют вид амплитудно-частотной характеристики в области низких частот?625. Коррекция показателейОдним из показателей усилителей, применяемым в основном для оценки широкополосных усилителей, является добротность усилителя, под которой понимается собой площадь, ограниченная амплитудно-частотной характеристикойQу = Пу = Ко·∆F ≈ Ко·Fв.(5.1)Из приведенной формулы определения добротности следует, что ееувеличение возможно либо за счет повышения номинального коэффициентаусиления Ко, либо путем расширения диапазона усиливаемых частот ∆F.Добротность (площадь усиления) усилителя –есть площадь, ограниченная амплитудночастотной характеристикой в заданном диапазоне частот.5.1.

Методы повышения коэффициента усиленияНоминальный коэффициент усиления определяется крутизной S активного элемента и приведенным сопротивлением нагрузки Rкн в его выходнойцепи Ко = S · Rкн. Следовательно, повысить коэффициент усиления возможноза счет выбора транзистора с большим коэффициентом передачи h21 тока базы (S=h21/h11), выбором режима работы транзистора, при котором крутизнаимеет максимальное значение, или увеличив сопротивление в выходной цепитранзистора. Применение указанных способов не рационально так как:- крутизна для высокочастотных транзисторов прямо пропорциональнатоку в рабочей точке S » Iко /jт, из чего следует необходимость либо использования повышенного напряжения питания, либо малых сопротивлений ввыходной цепи транзистора.

Последнее приводит к уменьшению уровня усиления, поскольку в режиме холостого хода Ко = S· Rк;- увеличение сопротивления в выходной цепи коллектора дает эффектповышения усиления. Однако, повышение сопротивления приводит к увеличению постоянной времени выходной цепи и соответственно к повышениюкоэффициента частотных искажений и уменьшению площади усиления, атакже к уменьшению амплитуды выходного тока.Одним из способов увеличения коэффициента передачи тока базытранзистора, а, следовательно, и крутизны является использование составных транзисторов (схем Дарлингтона).

Составные транзисторы можно рассматривать как несколько каскадно соединенных транзисторов (рис.5.1), каждый из которых включен по своей схеме.63Составной транзистор – представляет собой соединение нескольких транзисторов, прикотором эмиттер предыдущего транзисторасвязан c базой последующего, а коллекторывсех транзисторов объединены.Рис.5.1. Основные схемы составных транзисторовОбщий коэффициент передачи составного транзистора можно определить из соотношений, справедливых для отдельного транзистора.

Так, длясхемы рис. 5.1,а общий выходной ток равен сумме коллекторных токов транзисторов Iк = Iк1 + Iк2, ток коллектора первого транзистора Iк1 = b1×Iб1, ток коллектора второго транзистора с учетом равенства Iб2 = Iэ1 составляетIк2 = b2×Iб2 = b2×Iэ1 = b2 × (b1+1)×Iб1,(5.2)откуда общий коэффициент передачи входного токаb = Ik / Iб1 =b2×b1 + b1 + b2.(5.3)Дополнительным преимуществом составных транзисторов является ихповышенное входное сопротивлениеRвх » h111 + h211·h112,(5.4)что повышает коэффициент передачи входной цепи и соответственно сквозной коэффициент усиления.При подборе составных транзисторов необходимо второй транзисторвыбирать более мощным, так как выходной ток первого является входнымдля второго.Существенное повышение номинального коэффициента достигаетсяиспользованием динамических нагрузок.

Пример построения каскада с динамической нагрузкой приведен на рис.5.2, а, где непосредственно усилительным каскадом является часть схемы, собранная на транзисторе VT2, а дина64мическое его сопротивление есть внутреннее сопротивление транзистораVT1. Поскольку динамическое сопротивление транзистора значительнобольше статического (постоянному току в рабочей точке), то увеличиваетсякоэффициент усиления, определяемый сопротивлением в выходной цепи переменному току.а)б)Рис.5.2. Схемы каскада с динамической нагрузкой и каскодного усилителяКаскодная схема (рис.5.2, б) представляет собой усилительную схему.состоящую из отдельных каскадов с разными схемами включения.

Базоваячасть представляет собой каскад с общим эмиттером (истоком), нагрузкойкоторого является входное сопротивление каскада с общей базой.Каскодный усилитель — усилитель, совмещающий в одной схеме каскады с общимэмиттером (истоком) и каскад с общей базой(затвором).Для частей схемы коэффициенты усиления соответственно равны:K1 =a × RкB × h11б, К2 =.h11бh11эОбщий коэффициент усиления каскода равенК = К1 × К 2 =a × B × Rк= a × S × Rк .h11э(5.5)Одним из способов увеличения сквозного коэффициента усиления может построение входных каскадов с повышенным входным сопротивлением.655.2. Низкочастотная коррекцияЦелью введения низкочастотной коррекции является уменьшениеуровня частотных или переходных искажений, что соответствует уменьшению низшей частоты усиления или спада вершины импульса.