Касаткин А.С., Немцов М.В. Курс электротехники (2005) (1021859), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Искажение сигнала будет минимальным, если без искажения будут усиливаться все его гармонические составляющие. Свойство усили. теля увеличивать амплитуду гармонических составляющих сигнала характеризует его амплитудно-частотная характеристика АЧХ (см. (2.9!а)1. По типу АЧХ различают усилители мед- К„ лепно изменяющихся напряжений и токов, или усилители постоянного тока (рис. 10.59,а), усилители низких частот 1 (рис. 10.59, б), усилители высоких ча- К Уг стот (рис. 10.59, в), широкополосные усилители (рис. !0.59, г) и узкополо- а7 ! 1 сные усилители (рис.
10.59, д). Типовые значения нижней и верхней гм гт границ частот АЧХ усилителей различного типа приведены в табл. 10.3. 1 В усилителях с нелинейным режимом работы при увеличении значения напряжет ния на входе больше некоторого граничного уровня изменение напряжения на вы- 1 ходе усилителя практически отсутствует. У С К Ю) О г) 27 ги~ !0 59 279 Преобразователями частоты называются устройства, предназначенные для преобразования переменных напряжения и тока одном частоты в переменные напряжение н ток другой частоты. Таловой способ преобразования частоты заюпочается в выпрямлении (см. и. 10.9 и и. 10.10) преобразуемых переменных напряжения н тока и последующем их инвертировании (см.
и. 10.11, Б) в переменные напряжение и ток требуемой частоты. Тлолнла 10.3. Нннмнн н еерьннн границы частот ° мплнтулно частотнол ьарактернстнкн уснпнтелн ! раннца нижних чаюо! Грацнца еерхцнх чеюот гц !, Гц Тнц уснлнтслн 103 1Оа 1оа г 104 10 — 1О 107 ! 24 Усилитель цостоннцю о юка Усилитель низких исто г Усилитель еысокнх часто! Широколоцосцыа уснлн гель 0 20- 50 1о4 .
1о' 20- 50 Такие усвтители применяются главным образом в устройствах импульсной техники, в том числе логических. В настоящее время усилительная техника основана на широком внедрении усилителей в интегральном исполнении. Позтому актуальным становится не разработка самих усилителей, а их применение для реализации различных функциональных узлов систем автоматики, управления и измерения. 10,14.
УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ Рассмотрим принцип работы типового усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенного по схеме с общим змиттером (рис. 10.60), Здесь и в дальнейшем заземлением будем отмечать общий узел входной и выходной цепей усилителя. Источник усиливаемого сигнала, показанный внутри штриховой линии, представляет собой источник с внутренним сопротивлением г и ЭДС е =и . Конденсаторы ет с с' С, и С большой емкости отделяют цепь постоянного тока (цепь питания) от цепи источника сигнала и цепи приемника с сопротивлением нагрузки г . Если напряжение входного сигнала и невелико, то работу н с усилителя как нелинейной цепи (см, ч 6.3) удобно представить в вице ! аложения режима покоя при действии только источника литания с г„ Рнс.
10 ЬО 280 ЭДС Е (рнс. 10.61) и режима с переменными составляющими токов 'к базы 1, коллектора 1 и нагрузки ! при другом источнике ЭДС е Б' К и с (рис. 10.62), ток которого 1 . В схеме усилителя для переменных е' составлнющнх положительное направление тока нагрузки ( принято к общему выводу транзистора, т. с к змиттеру. Рабочая точка А режима покоя определяется статическими характе. ристиками транзистора на основе метода нагрузочной характеристики аналогично рис. 6.11, если принять 1' „~ 1, „(рис. 10.63), т. е. ( „м -! Эп' Рис.! О 61 ~2н и ~2з е Рис. 10 62 )а Ри и„+г Ее Оиэ и а! иеэ иБЗ е) Рис 10 63 281 Заметим, что необходимый режим работы транзистора по постоянному току можно получить и без резисторов гз и г .
Однако последние гюзволяют стабилизировать положение рабочей точки А при изменении з емпературы окружающей среды. Повышение температуры окружающей среды изменяет параметры транзистора так, что токи базы, коллектора и змиттера увеличиваются при прочих неизменных условиях. При наличии резистора г в цепи змиттера это приводит к увеличению на нем напряжения. Одновременно уменьшаются напряжение У э и ток базы. Таким образом реализуется отрицательная обратная связь и стабилизация режима покоя.
В режиме малого сигнала описанный механизм отрицательной обратной связи отсутствует, так как параллельно резистору гэ включен конденсатор больпюй емкости С~. По схеме замещения усилительного каскада для переменных составляющих (см. рис. 10.62), на которой схема замещения транзистора показана внутри штриховой линии, а усилительного каскада — внутри сплошной, рассчитываются его основные параметры: коэффициенты усиления напряжения, тока и мощности, а также входное и выходное сопротивления.
Последнее определяется со стороны выходных выводов усилителя при отключенном приемнике с сопротивлением нагрузки г„. Исключая из схемы замещения резнстивные элементы !/Ьзт [см. (10.6) [, г1 и гз с большими относительно других резистивных элементов сопротивлениями и полагая синусондальное изменение напряжения сигнала, получаем. (10.27а) вх — входное сопротивление (1-1О кОм); (10.276) =г вых К вЂ” выходное сопротивление (10-100 кОм); 1В и„ь, с (вт ~1)(и К) и вх (10.27в) -их + "и вых вт "в* Г + — коэффициент усиления напряжения источника сигнала [см.
коэффициент передачи четырехполюсника (2.90)), где 1В Ких = К„хе их = Ц ~[У = -лз,г (й,, (10.27г) — коэффициент усиления напряжения па входе усилительного каскада (К = 1О + 100) в режиме холостого хода (гв = ); 282 )Вг — ! 1 нее н7 Б э1 К)(м К) (10.27д) — коэффициент усиления тока (К,.
= 15 ч80); К Р)Р КК (10.27е) Рис 1о 64 282 — козффипиентусиления мощности [К =(0,2+5) 1Оз), Отрицательные значения коэффициентов усиления напряжения и тока отражают изменение фазы напряжения и тока на выходе усилительного каскада на противоположное относительно фаз одноименных величин наего входе,т.е. д = В = д. = л. и их ! Небольшое значение входного сопротивления является главным недостатком усилительного каскада с ОЭ. Это увеличивает ток источника сигнала и мощность потерь в его внутреннем сопротивлении. Выражениям (10.27в) и (10.27г) соответствует обобщенная схема замещения входной и выходной цепей усилительного каскада (рис.
10.64), которую можно получить, воспользовавшись эквива. лентностью двух схем замещения источника энергии по рис. ! .8. Из (10.27в) следует, что условия для увеличения коэффициента усиления напряжения и уменьшения его зависимости от сопротивления цепи нагрузки противоречивы, Чем больше выходное сопротивление усилительного каскада г =г, тем больше как значение коэффивых К' циента усиления напряжения, так и его зависимость от сопротивления цепи нагрузки. Чтобы увеличить коэффициент усиления напряжения и уменьшить его зависимость от сопротивления приемника г, между н' выходом усилительного каскада с ОЭ и приемником следует включить согласующее устройство с большим входным и малым выходным сопротивлениями.
Роль такого устройства может выполнять усилительный каскад на биполярном транзисторе, включенном по схеме с ОК (рнс. 10,65), называемый также эмиттериым повторителем. Исключим из схемы замещения усилительного каскада, аналогично предыдущему, резистивные элементы 1/Ьзэ, г, и г, с большими от- Рис.
! 0.65 Рнс !О 66 (10.28а) где сГи=(1+нас) гагэгв((гэ+ги) (10.286) — напряжение на приемнике. Из (10.28) находим ггик г =,~~ игс,, +(!+ лз,)(г г 1(г + г )) вх Э н Э н (10.29а) Б — входное сопротивление усилительного каскада с ОК (100 — 300 кОм), которое значительно больше входного сопротивления усилительного каскада с ОЭ, и га4 носительно других резистивных элементов сопротивлениями и примем синусоидальное изменение напряжения сигнача (рис. 10.66). Тогда по второму закону Кирхгофа для контура, отмечеююго штриховой линией, напряжение между базой и коллектором равно: (/н (! + л,) (г гн((г + н)) к„= к„= —." н ~(~з (10.29б) 1н „= (/нж!»вн„= (! /!1,) 1- (/ с Г Ь Л11 вт (10.30а) где (/н „= (! Л„) 1...= (/с ('вя (! Л!1) гэ ;,+Л!! ' т.
е. О '( л11) гз (/с (/,= гвт'! Л11'! гэ(! +Л!1) (10.30б) — напряжение холостого хода активного двухполюсниха (г„= со). Иэ (10.30) следует, что (/„ „ (г Л ! 1 н.к 11 3( !!! вт (10.31) — выходное сопротивление эмиттерного повторителя (!0-50 Ом), значительно меньшее выходного сопротивления усилительного каскада с ОЭ. Усилительный каскад с ОБ имеет значение коэффициента усиления напряжения, близкое к его значению для усилительного каскада с ОЭ. Однако ему присущи существенные недостатки: значение его коэффициента усиления тока меньше единицы и вследствие этого мал коэффициент усиления мощности.
Кроме того, он имеет малое входное и большое выходное сопротивления. По этим причинам усилительный каскад с ОБ применяется редко. 285 — коэффициент усиления напряжения, значение которого близко к еди. нице (0,8 — 0,9). Последнее определяет название усилительного каскада с ОК "повторитель". Выходное сопротивление эмиттерного повторителя равно выходному сопротивлению активного двухполюсннка, т. е. схемы замещения отно. сительно выходных выводов. Согласно (1.34) ток коротко~о замыкания ахтивного двухполюсннка (г„= О) равен 10,15. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ По аналогии с усилительными каскадами на биполярных транзисторах с ОБ, ОЭ и ОК различают три типа усилительных каскадов на полевых транзисторах: с общим затвором (03), с общим истоком (ОИ) и с общим стоком (Ж). Чаще других используется усилительный каскад с ОИ.
На рис 1067 приведена типовая схема усилительного каскада на полевом транзисторе с ОИ. Назначения всех элементов схемы аналогичны их назначениям в усилительном каскаде на биполярном транзисторе с ОЭ (рис. 10.60). Основные параметры усилительного каскада с ОИ определяются его схемой замещения в режиме малого сигнала (рис. 10.68) с учетом схемы замещения полевого транзистора (рис. 10.21). Исключая из нее резистивные элементы 1/уы и 1/узз [см. (10.9)! с большими относительно других резистивных элементов сопротивлениями и полагая синусощгальным изменение напряжения сигнала, получаем. = Г)гз!(г3 + гт) (10.32а) — входное сопротивление (1О' — 10 кОм); Рис !067 е,= Рис.
10.68 (10.згб) вых с = г — выходное сопротивление (10 — 100 кОм); й К =Ке и и — и и й с х с и~ с и))( + егтх/01+ ет) вт е е (вых и) (вт вх (10.32в) — козффициент усиления напряжения источника сигнала, где убив (10.32г) — козффициент усиления напряжения на входе каскада (Ких =10+!00) в режиме холостого хода (г„= ); К ! и (~е~хФс+ге)) (егет/(т1+гт)1 (10.32д) 1 1 е гх — козффициент усиления тока (К,=50--500); Р и~ с и (10.32е) — козффицнент усиления мощности 1КР = (0,6 — 40) ° 1О ) усилительного каскада с ОИ.
Выражениям (10.32в) н (10.32г) соответствует обобщенная схема замещения входной и выходной цепей усилительного каскада (см. рис. 10.64) . Главным достоинством усилительного каскада на полевом транзи. егоре с ОИ относительно усилительного каскада на биполярном транзисторе с ОЭ является большое входное сопротивление, основным недостатком — меньшее быстродействие, Последнее объясняется наличием больших емкостей между злектродамн полевого транзистора, влияние которых в приведенном выше анализе пе учитывалось.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
