Войшвилло Г.В. Усилительные устройства (2-е издание, 1983) (1095412), страница 19
Текст из файла (страница 19)
П«ри широкой полосе частот, например от О до 1„Р находится путем интеприрования, для чего л) приравнивается «1). Коэффициент шума на заданнои частоте будет минимальным при К „,р« = 1/2п ) С„ (4.148) н равным (З+ Сн).чн1Свх гш вн= + гв (4.149) Р= 1+(о+Гг„)Я„5в (4.150) монотонно убывает при возрастании Я„. Вместо источника шумового тока Г, а литературе используется понятие эквивалентного шумового сопротивления полевого транзистора г „условно подключенного к промежутку затвор — исток и численно равного естественным флуктуациям «,.
При этом гшв 1Ж (4.151) так как квадрат ЭДС шума, поступающего на затвор, равен ()вшвн — — 4йТгн„нЛ(, а квадрат шумовой составляющей тока стока в ов раз больше, т. е. Гншв=ЯИш„=4йТРг .Г11' (4.152) с другой стороны, как следует из эквивалентной схемы на 4«ис. 4.29 и выражения (4.144), Р = 7нашв =4АТБЛ «г. (4.153) Приравнивая правые части выражений (4.152) и (4.153), приходим к соотношению (4.151). 1ВЗ Общее выражение (4.147) показывает, что в пределах узкой полосы частот Л[ с «ростом частоты 1 коэффициент шума увеличивается В области малых частот 1.с,[/2пС,„К„=[ г~- — -[р коэффициент шума Рассмотрим пример расчета шумовых параметров каскада с ОИ.
Требуется найти оптимальное сопротивление источника сигнала и минимальный коэффициент шума каскада с ОИ, выполненного на полевом транзисторе КП304Л с параметрами 5=2,8 мСм, С„,=9 пФ, См,=2 пФ при сопротивлении нагрузки 2 кОм, емкости монга ка 3 пФ и частотах сигнала 2 МГц н 200 кГц. Для выполнения этого расчета используем выражения (4.95), (4.148) и (4.149): Свх =. Сши + о)гнС»хи + См = 9 + 2 8'2 '2 + 3 = 23,2 пФ, )»»гш ош = 1!2и (Свх = 0 159(2.!04.23 2.!0-»2 = 3440 Ом, (3+ба) 444(Сох (2 8+0 5) 4 3 14 2'104'23 2'1О Гш и» вЂ” — 1+ чз — 1+ 2,82 1О = 1,246(яп 1 дБ).
Как видно из (493), при Рг=)»г ор» частота 1 — входной цепи равна вУ2 перной из заданных частот сигнала, т. е. 2 МГц. Поэтому на частоте в десять раз меньшей нлнянпе С, на Р не сказывается, н согласно (4.150) зависимость р (я,) носит монотонный характер и расчет коэффициента шума следует вести по формуле (4.150); так, прн й»=3440 Ом и 1=200 кГц Рш = 1+(5+ бн)/)(гзз = 1+(2 8+ 0 5).10 — з(3440 (2 8.!Π— Э) = 1,123( 0,5 дБ). Однако при меньшем, допустим в десять раз, значении Яг коэфф»»пиент шуми оказывается заметно большим: Ро,=223 (яи35 дБ).
При этом среднеквадратическое значение напряжения при 1=2 МГц, Л,=3440 Ом и Т=зоо К 4АТК (Рш — 1).10»з 1 + (Г»'Гве) 4 ),зз ю —" зоо 3440(1,224 — В .)о 1+ (212)в При 1 0,2 МГц % ~I46ТГ»г(рш — 1).!0»а - рх4 1,58 10 22 300 3440.(1 123 1).!04» = 2,65 нВГ)/Гц. При понижении частоты, практически начиная со 100 Гц, заметно сказываются шумы, Ореднеквадратическое значение мощности которых изменяется по закону 1/1, таким образом, зависимость г" от 1 у полевого транзистора оказывается такой же, как и у биполярного транзистора (рис. 4.27). У каскада с ОС коэффициент шума и оптимальное сопротивление источника сигнала практически не отличаются от Р, Х'ш»п»п И )»гш ор» КаСКада С ОИ ЕСЛИ ТОЛЬКО ПРОИЗВЕЛЕНИИ 5)» И 5г„заметно п1ревышают единицу. 4.6. РЕЖИМЫ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ка.!.
Режим А В режиме А точка покоя транзистора или лампы находится примерно в с(редней части используемой части характеристики 104 усилительного элемента, ~работающего, как принято говорить, без отсечки тока. Временные диаграммы на рис. 4.3 дают гаредставление о сущности режима А Режим А характеризуется сравнительно низким уровнем высших гармоник (2), 31... ), однако энергетические показатели оказываются неблагоприятными. В режиме А непрерывно, независимо от уровня сигнала потребляется приблизительно одна и та же мощность от источника питания, а вследствие сравнительно небольшого коэффициента использования тока, например коллекторпого 32=~а ~1»ар(1 где 1, — амплитуда первой гармоники, а 1»,Р— среднее значение тока, близкое к постоянному значению т» в отсутствие сигнала, КПД получается меньше 50%. Действительно, КПД, представляющий собой отношение полезной (отдаваемой) мощности Р„к мощности, потребляемой от источника питания Р,», равный 21 Ра О 5 Ума 2в тат Унаа42'ам (4.154) Р.к "кэ'кер 'сткэ'» не может быть больше 507о.
Это объясняется тем, что и коэффициент использования напряжения (здесь коллекторного) 5= и„,„,(У,<1, (4.155) где Уаам — амплитудное значение первой гармоники коллектор- ного напряжения, У» — постоянное напряжение иа коллекторе в отсутствие сигнала. Режим А широко используется в ~рассмот(тенных уже однотактиых каскадах, для которых он является единственно возможным.
4.6.2. РЕЖИМ В При работе в режиме В (~рис. 4.30) ток !» Мал, и усилительный элемент работает с отсечкой тока, т. е. с перерывами, что удобно охаракт44ризовать услал отсечки О, равным половине длительности импульса в угловом исчислении в идеализированных ус- ~ 4 ма с в=я Рис. 4 З0 Диаграмма работы тран- аистора в режиме В ловнях — при аппроксимации характеристики усилительного элемента ломаной прямой.
При ~работе в режиме В угол отсечки О= =хтГ2. Раскладывая в ряд Фурье пульсирующий ток в идеализированных условиях, получаем К ахах 2('к гк= " 'х + к '* сова(+ км'х соз2в1 — к * соз4вГ+ ... 1 зн 3.5 н (4.155) Среднее значение (постоянная составляющая) тока, равная (4. 157) Гк ар = ~к ыахГл зависит от амплитуды сигнала. При отсутствии сигнала в идеализированных условиях Гк.,—— О, и не потребляется мощность от источника питания. Поэтому понребляемая за длительное время энергия оказывается значительно меньше (примерно в 10 ~раз при усилении звуковых сигналов) по сравнению с потребляемой энергией в режиме А. В то же время при работе в режиме В за счет лучшего использования тока, когда (4.158) Кар Кеах по крайней мере в лГ2 раз больше, чем в ~режиме А, предельное значение КПД не превышает 78,5'Га: т1 ( 0,5 пГ2 = пГ4 = 0,785.
(4.159) Чем выше КПД, тем меньшая мощность теряется внутри усилительного элемента. При одной и той же мощности, рассеиваемой на коллекторе (на стоке, аноде), полезная выходная мощность может быть, получена больше по оравнению с мощностью в ~режиме А п~римерно в 5 раз. Однако в режиме В, как видно из (4.140), велика доля четных гармоник, в частности амплитуда второй гармоники Г~ааа = 21к ~аахГ3~~ (4.160) составляет 42,бай от амплитуды первой гармоники =-'к „!2.
(4.181) Для их подавления каскад, работающий в Режиме В, выполняется по двухтактной схеме, содержащей два (или четное число) усилительных элемента, открываемых сигналом поочередно и включенных так, чтобы синтезировать из двух токов, типа показанных на рис. 4.30, гармоничное колебание. Если угол отсечки п~ревышает лГ2, то имеет место п~ромежуточный режим АВ, к достоинствам которого относятся возможность использования менее сложных цепей питания и, в общем, меньший уровень нелинейных искажений. 196 4.6.3. РЕЖИМ С При работе усилительного элемента в режиме С напряжение смешения таково, что угол отсечки оказывается меньше и/2 (рнс 4,31), при этом ток покоя ~равен нулю или весьма мал, Рис, ЯЗЛ Диаграмма работы тран- зистора в режиме С Для режима С в пределе (при 0- О) характерны $,=2 и т)= =1006)а. Однако вследствие значительной доли всех высших гармоник (21, 31...
), обусловленных искажениями типа центральной отсечки (~рис. 2.27), этот ~режим не пригоден для Рассмалриваемых нами усилителей. Он весьма широко используется в однотактных и двухтактных каскадах мощных усилителей радночастоты, содержащих колебательные системы, эффективно фильтрующие высшие га~рмоники. 4.6.4. РеЖим о Для режима П характерной является работа усилительного элемента в ключевом режиме, при котором усилительный элемент либо открыт (падение напряжения на нем весьма мало, а ток велик), либо заырыт (ток очень мал, нажряжение максимально, оно близко к напряжению источника питания).
Поэтому Режим й можно использовать для усиления лишь прямоугольных импульсов. В этом режиме потери внутри усилительного элемента незначительны, КПД близок к!00%. Для усиления гармонического сигнала необходимо его цреобРазовать в прямоугольные импульсы неизменного размаха, длительность которых пропорциональна мгновенному значению напряжения сигнала при постоянной частоте следования импульсов, пРевышающей максимальную частоту сигнала. После усиления (генерирования) импульсов осуществляется демодуляция, т.
е. обРатное преобразование в сигнал первоначальной формы. Усилители класса О из-за их значительной сложности используются пока что мало. Но они перспективны для мощных устройств, выполненных на маломошных усилительных элементах. 107 4.7. ЦЕПИ ПИТАНИЯ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ Цепи питания усилительных элементов должны обеспечивать определенный режим работы по постоянному току, например У в, 1в, Ук, 1к для биполярного транзистора. При этом не должно иметь место недопустимое отклонение от заданного режима работы. Под воздействием дестабилизирующих факторов ( изменение температуры, разброс па~рамепров и, в некоторых случаях, колебание напряжений питания), Кроме того, при выборе того нли иного вида цепей питания стремятся применять меньшее число источников питания и схемных элементов и по возможности снижать потребляемую мощность.
Прн значительном изменении тока ~7~ А" покоя коллектора точка покоя может занимать положения Л' и Л" (рис. 4.32). В первом положении крутизна л' характеристики прямой передачи увив как видно из рис. 4.3, невелика, за счет чего усилительные свойства ослаблены, а избыток коллекторного напряжения Рис. 4ЗЗ, Нагптзочваа агава СНИжаЕт НаДЕжиОСтЬ тРаНЗИСтОРа. КРО- ме того, при этм могут возрасти нелинейные искажения. Во втором положении крутизна ум, и коэффициент усиления также получаются небольшими, вероятность возникновения заметных нелинейных искажений весьма велика.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
