Войшвилло Г.В. Усилительные устройства (2-е издание, 1983) (1095412), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Таким образом, передаточная функция содержит один полюс, часгота которого определяет положение крмволинейных участков АЧХ, фг(Х ПХ. з сз кхскхды с элементхмн сдвига хговня постоянного нлпгяжения При использовании в каскадах усиления постоянного тока транзисторов одинаковой структуры необходимы межкаскадные элементы связи (кроме схемы Дарлингтона). Таким элементом яв"тяется резистор Кю (рис. 57), через который протекает коллек~~рный ток транзистора к', и базовый ток гв Коллекторное напрязкензе Укэ, в большинстве случаев превышает необходимое "заражение (1вэ, на базе т~РанзистоРа Р,, ПоэтомУ тРебУетсЯ УстРанить избыточное напряжение (например, в месте, отмеченном Х).
Цепи, пред~назначенные для этой цели, известны как цепи сдвига Урагана постоянного напряжения. Оки по возможности не должны 145 ослаблять полезный сигнал, а для этого важно, чтобы потребляе. мый постоянный ток был небольшим, а входное сопротивление для переменного тока — велико. Если в этой цепи используется дели. тель напряжения, то следует стремиться к тому, чтобы напряжение сигнала заметно не снижалось. Частично это можно достичь, эЕ +Ее Рис. Д7. Общая схема Рис.
ДВ. Схемы каскадов с элементами сдвига межкаскадного соединения уровня постоянаого напряжения со стабилитро- нами (ра и ра) используя полупроводниковый стабилитрон (рис. 5.8,а), достоинством которого является небольшое дифференциальное сопротивление — порядка нескольких десятков ом, при котором сигнал практически не ослабляется. Однако широкому применению стабилитрона препятствуют: во-первых, относительно большой разброс напряжения стабилизации, во-вторых, малое дифференциальное сопротивление стабилитрона при сравнительно болыпом токе (несколько миллиампер), что вынуждает вводить дополнительный резистор !тот и уменыпать сопротивление резистора )т',и И то и другое приводит к уменьшению коэффициента усиления предшествующего каскада (на транзисторе )7,).
Кроме того, стабилитрон как диод, работаюший при большом токе, создает заметный дробовой шум, что, правда, не играет роли при высокой амплитуде сигнала. Снижение постоянного и переменного тока, потребляемого стабилнтроном (от точки кг), возможно с помощью буферного эмиттерного повторителя (рис. 5.8,0), что в конечном счете позволит заметно увеличить коэффициент усиления каскада на транзисторе )'ь Кроме того, для сдвига уровня постоянного напряжения может быть использован делитель напряжения, состояший из резистора )19 (рис. 5.9), сопротивления ГСТ ()'9, Гт!0) и входной цепи эмиттерного повторителя ()710, )т!1, )тг12).
Вспомогательный эмиттерный повторитель на транзисторе )'8 предназначен для уменьшения потребляемого делителем напряжения постоянного тока (здесь 1в а) и увеличения сопротивления нагрузки по переменному токУ для транзистора )76, состоящей из резистора )т8 и входного сопротивления транзистора )78: дна=!тгаРвяа1()та +Йвха) ° И то и другое позволяет получить большой коэффициент усиления от каскада на !46 +Е 7 Еа Рис. 5,10.
Схема цепи сленга уровня постоянного напряжения с реаистором Лэх Рис. ДР. Схемы цепи сленга уровня постоянного напряжения (начало схемы ОУ вЂ” см. рис. 5.4) Для устранения избыточного постоянного напряжения можно использовать резистор в эмиттерной цепи транзистора !'2 (рис. 5.!О). Однако, если каскад на транзисторе )гх выполнен по схеме с ОЭ, то резистор Иах одновременно является элементом последовательной по току ОС, значительно ослабляюшей напряжение сигнала (если этот каскад представляет собой эмиттерный повторитель, то резистор 14,2 используется как элемент связи с последующей нагрузкой, и ослабление, вносимое ОС, является его естественным свойством). Для устранения ослабляюшего действия Резистора 14,2 есть две возможности: во-первых, замена резистора полупроводниковым стабилитроном, дифференциальное сопротивление которого довольно мало; во-вторых, использование так называемого электронного шунта, — входной цепи транзистора )га, включенного по схеме с ОБ (рис.
5.(!) и обладавшего малым сопротивлением, равным согласно (4.59) 'чаха (Й1133+)хба)/(! +йхгаа) (5.44) де Йба = )с ба,|)хба,2/ (Йбал + Лба 2) ° При наличии электронного шунта с такими же параметрами, что и У транзистора )г2, ОС снижает коэффициент усиления не больше чем в два раза. Если на вход транзистора )гх подавать напряжение сигнала с противоположной фазой, то (как было показано в 5 ! 2) сигнал не ослабляется. Следовательно, сопряжение двух дифференциальных каскадов представляет собой один из способов сдвига уровня постоянного напряжения, не сопровождаюшийся 147 анзисторе )гб.
А так как сопротивление переменному току цепей (гр )р10 и ИО, Я11 велико, то рассматриваемый делитель напря, енпя незначительно ослабляет напряжение сигнала. Закрытый нод (гу ведет себя подобно конденсатору малой емкости, являюшемуся элементом внутренней коррекции. у еЕ ослаблением сигнала.
Так, резистор Й4 в схеме на рис. 5.4, не вно сящий ослабления, также является элементом сдвига уровня на. пряжения. Естественно, что ГСТ ()гЗ, /!2) практически не ослаб. ляет сигнал. Рис. 5.11, Использованне транзпетора рз в качестве «электронного шунтаъ Рис Д 12 Схема резнеторного каска- да на транзисторе р ЗДЬ КАСКАДЫ УСИЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В,ЗЛ.
РЕЗИСТОРНЫЕ КАСКАДЫ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ Достоинством резисторных каскадов, кроме простоты и малых размеров используемых элементов, является способность создавать равномерное усиление в широкой полосе частот и нечувствительность к воздействию переменных магнитных полей. В резисторном каскаде усиления переменного тока (рис. 5.12), кроме основного элемента связи — резистора )т., используется разделительный конденсатор Св большой емкости. Такие конденсаторы исключают передачу от одного каскада к другому медленных изменений напряжения, обусловленных нестабильностью режима работы по постоянному току; полезный сигнал переменного тока проходит свободно, если емкости разделительных конденсаторов достаточно велики. Разделение цепей постоянного тока соседних транзисторов позволяет осуществлять питание от одного источника с предельно низким напряжением.
К числу элементов резисторного каскада относятся также цепи смешения /!в!, 1гг«з и стабилизации режима по постоянному току Я„Св, „назначение которых рассматривалось в п. 4.7.3. Относительно необходимости применения межкаскадных фильтрующих Сф)тф звеньев отмечалось в з 4.1!. Рассмотрим усилительные свойства и характеристики резистор- ного каскада на основе эквивалентных схем для соответствукнцпх областей частот и времен. В Облпсти средних частот сопротивления разделительных и фильтрующего конденсаторов 1/озС'р, !/озСР и 1/озСь практически оказываются настолько малыми, что их допустимо принять рав ными нулю; заметного влияния не оказывают также и межэлекь48 тродиыс емкости Сб, и С., проводимости которых ьэСб'э и ьэС» пренебрежимо малы.
В этих условиях справедливы эквивалентные хемы, представленные на рис. 4.7, если учесть, что Уб, =У,/)Г2, (7„=(7,/)г 2 и (5.48) )эг ) к эб)Р к+ эб) (5.45) где )7б = !(бг абэ((обо+ )эбо) (5.46) )г' =)с )с )()с +И~). (5.47) При этом коэффициент усиления в области средних частот в соответствии с (4.36) равен К=По/У~=у»|,й„=)гм,й„()гм,. Рассматривая поведение каскада в области верхних частот и маль!х времен, воспользуемся эквивалентной схемой на рис. 4.5,б и полученными при ее исследовании соотношениями (4.12) и (4.15). Параметры каскада в рассматриваемых областях зависят от частоты ) у,— (полюса).
АЧХ, ФЧХ и ПХ, описываемые уравнениями (214), (2.15) и (2.57), для цепи с одним полюсом показаны на рис. 2.4, 2.5 и 2.21, а рис. 2.22 дает представление о характере искажения прямоугольного импульса малой длительности !к, зависящего от соотношения между временем установления Гу = 2,2 Со Кэк = 0,35,)» э, ~— и длительностью 1„, где согласно (4.16) 7» уо- = 1/2п С»И»к= Я»+ т'о+ то э)/2п Сонг+ с'б) тб э. (5,49) Способность усилителя создавать усиление в широкой полосе частот оценивается его плои(адью усиления, равной произведению коэффициента усиления в области средних частот К на частоту !~в= Кр,г-, †.
ПлоШадь усиления биполярного транзистора зависит от параметров его эквивалентной схемы (рис. 4.5,6) и внешних условий работы, оцениваемых величинами Я, и )7, (4). Так, если )7»=сопз1, то, как видно из (4.24) и (5.49), плошадь усиления Я ))к!)+аб э())г+'б)1 О (5.50) 2а Со ( ) + Ыб э г б) (Нг + г'б) возрастает с увеличением Д„, стремясь к постои~иному значению, и несколько уменьшается с ростом Й .
Весьма наглядной получается геометрическая интерпретация понятия площади усиления. При ))>(, —, коэффициент усиления обратно пропорционален частоте (см. (2.!6) ), а это означает, что в каждой точке, располоэкенной иа наклонной асимптоте (рис. 5.13), произведение К()))=сопз1, другими словами, все АЧХ, у которых ~очки излома расположены на одной и той же наклоннои асимптоте, относятся к каскадам с одинаковой плошадью усиления. В области нижних частот и больших времен основную роль в цепи играют конденсаторы Ср и С,. Передаточная функция этой це"и содержит два нуля (один из них равен нулю) и два полюса; нанти последние, в принципе, можно, но довольно затруднитель- 149 ио [41.
Более простым получается решение, если допустить, что каждый из этих конденсаторов влияет на АЧХ и ПХ независимо от другого, т. е. полагаем, что при работе одного второй кондея сатор замкнут накоротко (причем это ие создает заметной ошиб ки). Эквивалентная схема резисторного каскада, приведенная на ггг гд/ и а> Рис 5 /5 Семейство АЧХ каскадов с одинаковой нлощадью усиления =И~ г'з =дз/зз уз Рис 5 !4 Эквивалентная схема резисторного каскада для нижних частот и больших времен, отражающая влияние разделительного конденсатора Ср рис. 5.14, отличается от представленных на рис. 2.12,а и 2.!б,б сопротивлением Я,=/!'~ и емкостью Ср — — С,; поэтому здесь постоянная времени согласно формуле (2.41) равна т,=С (гс„+)сз), (5.51) а частота полюса, она же частота / „;,—, согласно (2.33) н за ' /р,— — /„тз =-1/2ятх=1/2 яСр(йк+Лз).
(5.52) Амплитудно- и фазочастотные, а также переходная характеристики определяются выражениями (2.39), (2.40), (2.61) и приведены на рис. 2.11 и 2.23. Искажение прямоугольного импульса большой длительности показано на рис. 2.24,б. Обший вид АЧХ резисторного каскада для нижних и верхних частот изображен на на рис. 2.17 и 2.18, а ФЧХ вЂ” на рис. 5.15. Рис 5!5 Фазочастотная характеристика резисторного каскада Влияние конденсатора Св,, на АЧХ и ПХ практически того же характера, что и разделительного конденсатора, — внесение дополнительных частотных и переходных искажений. 150 Допустим, что Села=со ()х»=0, однако режим работы по пос- оянному току сохраняется), тогда ОС, элементом которой является резистор )х„не действует и АЧХ (кривая 1 на рис. 5.16) не отличается от АЧХ на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
