Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 73
Текст из файла (страница 73)
е. в большинстве реальных каскадов. 7-2. КАСКАД В ОБЛАСТИ СРЕДНИХ ЧАСТОТ Рис. 7-2. Упрев»еииаи акиивакеитиаи схема каскада в области средиик частот. В области средних частот внешние емкости С„С, и С, будем предполагать бесконечно большими, емкость С„равной нулю, сопротивления нагрузки»с„ и источника сигнала й, Б » б' чисто активными, а коэф- , Х» фнциент передачи р дейст- Х',~ 1» =4' внтелыюй величиной. Тог- + Д»Мг ~ "' Р» х» о,„„ да эквивалентная схема каскада будет такой, как показано на рис.
7-2. В этой схеме отсутствует сопротивлениеие г'„ (оно будет учтено при более пойном анализе), а эквивалентное сопротивление делителя 1т, й )се показано пунктиром (его роль также будет рассмотрена несколько позднее), Займемся сначала анализом основной части схемы, показанной сплошными линиями. Упрощенный анализ. Входное сопротивление каскада определяется отношением (1,„/1,„, где (1„, — напряжение на зажимах о — Э, а 1,„— ток базы. УчитываЯ, что чеРез сопРотивление ге протекает ток 1е, а чеРез сопРотивление г, — ток (! + Р)1е, и складывая оба падения напряжения, находим' величину (1,„; деля ее 1а 1ак получаем 17вк= ге+() +и) ге.
(7-2) Если, например, га = (00 Ом, г, = 250м и р 50, то 11„= =- ( ЗИ) Ом, В х о д н о е с о п р о т и в л е н и е зависит от режима гранзистора, особенно от тока 1„поскольку величина г, обратно пропорциональна этому току. При токах 1, ) 10 м1т основное зна- ченяе имеет сопротивление базы; оно определяет минимальное значение )г„„. Повышение входного сопротивления, желательное в ряде случаев, достигается уменьшением эмнттерного тока в рабочей точке. Однако прн этом уменьшается усиление каскада н могут возрасти нелннейные искажения, так как в области малых токов входная характернстнка имеет большую кривизну (см. рнс. 4-11, б). Выходное сопротивление, как всегда, определяется со стороны выходных зажимов прн отключенной нагрузке н нулевом входном сигнале.
Есин не учитывать величины г„ (рнс. 7-2), то выходное сопротивление равно сопротнвленню )с„: А.м,=Р„. (7-3) О выборе велнчнны )с„будет сказано ниже. Коэффициент усиления напряжения определим как отношение напряжения У,„„на нагрузке к э. д. с. нсточника сигнала Е„и. Из очевидных соотношений (7»их = Иб Яи) »хи)) хе= ах+ли» легко находим Кгг = — =— и,м.
й(Е 1Е,) (7-4а) Е, й~+йвд В идеальном усилителе напряжения Я, = О), работающем в режиме холостого хода ()г„= оо), коэффнцнент усиления будет максимальным н равным: йМ» йи их.х о (7-4б) Введя так называемые коэффиг)иснпты входа н выхода каскада по напряжению ихх .
е Ли $»х»=Е +хх ) ьиихи о можно записать (7-4а) в следующей форме: Кгг Ки х. ххах»Химх и. (7-4в) В дальнейшем будем использовать только индекс и, считая, однако, что величина Ки определяется по отношению к Е,. В тех немногих случаях, когда величина Ки относятся к У,„, будем делать соответствующие оговоркн. Если в формулах фигурируют коэффв- * При сравнимых значениях Ег и Еих такое определение более логично, чем то, которое применялось в ламповых каскадах (отношение уиь,х к напряххенихх и е п о с р е д с т в е н н о на сетке лампы у»,Ь действительно, для ламп, ка« пРавило, имеет место соотношение ~, ~ Еих й слеаовательно, Сих ив Е„т6гда как в слУчае тРанзнстаРов, как пРавило, Е„( гг „и потомУ У»х ( Е,.
Песков»«У пеРвичным сигналом Явлаетса в. д. с. Ег, именно по отношеаию к ней и следтег в общем случае определять козффипиент усиления. пиенты усиления обоих типов, например (7-4в), то для величин, отнесенных к з. д. с. Е„ используется индекс (/, а для величин, отнесенных к напряжению (/мы — индекс и.
В выражениях (7-4) нужно обратить внимание на знак минус, когорьгй говорит об изменении полярности сигнала (т. е. сдвиге фазы на 180'). Иногда для простоты знак минус не пишут, но о нем следует всегда помнить. Из формул (7-4) видно, что коэффициент усиления увеличиваегся с уменьшением входного сопротивления. Это обстоятельство специфично для транзисторных каскадов и объясняется тем, что выходное напряжение пропорционально входному току, а он растет с уменьшением Я„„. Далее формула (7-4а) показывает, что суммарную коллекторную нагрузку /г'„11 Ре желательно делать возможно большей. Так как сопротивление Р„ обычно задано, следует выбирать /т»„ > /г„. В частности, если нагрузкой является вход аналогичною каскада, то /«'„ =- /т',„ и /1„ определяегся из неравенства /т»и /т'„„, (7-5) которое должно быть достаточно сильным.
Вообще говоря, при малой величине Я, и большой величине Р„1~ /«„коэффициент усиления может быть весьма высоким и ограничен факторами, которые мы отметим ниже, учтя сопротивление г"„. Однако в типичном случае, когда данный каскад работает на другой аналогичный каскад, значение К„ ограничено. Пусть, например, /(„;з /с„ = Р„„ и Р„ ~ /т'„. Тогда нз (7-4а) получаем К„ = р. Пусть теперь Ри = /«', = /т„„; тогда К„ = (1/4.
Если [1 имеет значение 30 †1, коэффициент усиления будет соответственно лежать в пределах от К„ = 30 †: 100 до К„ = 8 †: 25. Теперь учтем влияние базового делителя, сопротивление которого не всегда может считаться пренебрежимо большим. Воспользуемся теоремой об эквивалентном генераторе 1621 и с ее помощью преобразусм источник сигнала Е„Е« в эквивалентный источник с парамеграми: Ег=л»1Е 1д" ° ~,'»1/4 бс6) Легко убедиться, что выходное напряжение при этом уменьшится, несмотря на некоторое уменьшение я; по сравнению с я,. Поскольк> величину Г/~и„нужно относить к прежнему, «истинному» значению Е„приходим к выводу, что наличие делите«л (есзи его сопротивление Н»!1Рз сравнимо со значением яг) снижает усиление на«нада.
Коэффициент усиления тока можно найти, воспользовавшись принципом взаимного соответствия 152), т. е. заменив генератор э. д. с. Е„, включенный последовательно с сопротивлением я„, генератором тока /„, включенным параллельно с сопротивлением Р, Тогда ток базы и ток в нагрузке запишутся следугощим образом: '»г . ~« /б=/»Е 1 Е» /» ~/бд Отсюда легко получаем.' Кт = -- = — () — — —.
~л к„мк (7-7а) 7 л,+Р»к лк+л», В идеальном усилителе тока (Я, =- со), работающем в режиме короткого замыкания Я„= О), имеем: К;к.. = — 1. (7-76) Выражение (7-Уа) можно записать в виде (7-7в) Кт = К ~ к. »Е»»к Авек ~ где ~б Уб=у-~ (7-8) где (к — ток, з а д а в а е м ы й в узловую точку Б' от н е з а в ис и м о го генератора тока, заменяющего генератор й7а. Элементарный расчет показывает, что в схеме на рис.
7-2 козффициент обратной связи равен: Г» уб= у~ +е Аналогичная величина, действительная для и о л н ы х токов и зависящая от внешних сопротивлений, встречалась при анализе температурной стабильности [см. (6-36), (6-46)1. Ниже нередко придется иметь дело с частным случаем выраже" ння (7-9), когда 77» = О и токораспределение обусловлено только и» . е п»»~к ок »ы — и — коэффициенты входа и выхода каскада по току. Относительно индексов Р и ( будем придерживаться правил, аналогичных тем, которые изложены выше в Б' связи с формулами (7-4), Внутренняя обратнан »к и связь. Из рнс. 7-2 ясно, что в рассматриваемом каскаде имеет место обратная связь, поскольку часть коллектор- ного тока ответвляется во Рнс, 7-3.
Случай отсутствукнцей внутрен- входную цепь. Для того чтоней паратнпй свнэн по току. бы исключить обратную связь, можно мысленно отсоединить генератор р1а от точки Б' и заземлить его левый зажим (рис. 7-3); тогда выходной ток /„' не будет влиять на ток источника сигнала (более строго вопросы внутренней обратной связи рассматриваются в 5 8-3). Козффие(игнт обратной связи в реальной схеме (рис. 7-2) опре- деляется соотношением сопротивлениями самого транзистора." Г, Убе = «б+ г (7-1()) В предыдущем разделе параметры каскада ОЭ были получены н е и о с р е д с т в е н н о, но их же можно получить, учитывая наличие обратной связи, и представить в соотвегсствующей форме. 1(ля этого воспользуемся схемой на рис.
7-3 и запишем сначала параметры без обратной связи *: гг'„„= «6+«;, (7-12) К й ()~к Ик) (7-13) )г г + «б + «э Кг = — )) )кк »гг+«б+«э )гк+)гв Сравнивая выражения (7-!2) — (7-14) с выражениями (7-2), (7-4а) и (7-7а), нетрудно убедиться, что они связаны вполне определенными соотношениями. А именно, входное сопротивление (7-2) получается, если у м н о ж и т ь (7-12) на 1+ )грбо: »гвк (г 6+ гэ) (1 + Ибо)» (7-15) а коэффициенты усиления (7-4а) и (7-7а) получаются путем д е л ен и я выражений (7-13) и (7-14) на 1 + Руб: Як!! )гв (7-18) Кг= —— )+()тб»'г+Гб+Гэ )гк+)г»г (7-17) Смысл этих формул следующий.
Если обратной связи нет, то ток эквивалентного генератора ))76, а следовательно, и выходные ток н напряжение определяются входным током 16 (рис. 7-3). При наличии же обратной связи на ток 16 накладывается ток обратной связи ()Иб)76 7,= Й вЂ” (()гб) У' (7-14) а результирующий то Я »б 1+Птб (7-18) е„т К полтчаегс" Ле ) Е„/()г + г + « ) а козффипиент К после представления источника сигнала в виде генератора тока у, зашунтированного резистором )г', — из спотк»ниенна У„м, = — (р«:) Ик) (гг'„+ )гв)1, где «6 =- 1, И,l ()г, + «6 + «,)1. Заметим еще, что доля коллекторного тока, ответвляющаяся в цепь э м и т те р а, связана с коэффициентом уб элементарным соотношением (7-11) гк гк+»с )»с (7-19б) » Выражение (7-19а) имеет ту же структуру, что и (7-10), так как в обоих случаях ток распределяется по двум ветвям. В схеме на рис. 74 одна ветвь со.
держит резистор гы а вторая — сложный резистор, зквивалентное сопротивление которого в выражении (7-19а) помещено в. квадратные скобки. Как видим, ток базы уменыпается в 1 + руа раз по сравнению со случаем отсутствия обратной связи. Соответственно уменьшаются выходные ток н напряжение, а значит, и коэффициент усиления. Сравнивая выражения (7-16) и (7-17) с (7-13) н (7-14), легко заметить, что влияние обратной связи равносильно уменьшению козчч- »1»ицпента передачи 1» в 1 + руа раз.
эквивалентный коэффициент передачи р/(1 + )гуа), учитывающий внутреннюю обратную связь, является тем параметром, который при анализе статического режима каскада мы называли коэффициентом нестабильности (см. (6-7)1. »г б~ и Тот факт, что в выра- жении для входного со- й ~ Д„ ~ Д.1а ПРОТИВЛЕНИЯ СтОИт КОзфЕ, +" фициент обратной связи 'у60 а не уа, объясняется тем, что параметр Р,„опРис 7"4. ((олная эквивалентная схема кас- РЕДелистсЯ огношением када а области средних частот. Ю,„716, а не Е,!16.
Следо- вательно, дня нахождения )ч»,„нужно полагать И, = 0 (т. е. считать э. д. с. Е„приложенной непосредственно к входным зажимам: 0„„= Е,). Из выражений (7-15) — (7-17) следует, что обратная связь является отрицательной (см. 9 8-3), так как она увеличивает входное сопротивление н уменьшает коэффициенты усиления (см. 9 8-2). Полный анализ. Главной причиной, ограничивающей коэффициент усиления К„при высокоомной нагрузке„является сопротивление г, (рис 7-4), которое не было учтено прн выводе формулы (7-4а).
В ряде случаев оно оказывает влияние и на другие параметры каскада. Учесть наличие сопротивления г'„' можно разными способами, в том числе заново анализируя схему методом контурных токов. Однако более наглядным и удобным представляется следующий путь. Введем коэффициент токораспределения в ноллекторной цепи".
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
