Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Более подробно отрицательная обратная связь будет рассмотрена в гл. 7. Коэффициент усиления по напряжению ( гс/Ве) в схемах типа 5.12 намного меньше, чем он был бы, если бы Вк = О [см. уравнение (5.11)]. Однако схема с Ве = О крайне нежелательна, так как уменьшается входной импеданс — от тт(г'+ Вы) до 1у т', и снижается устойчивость смещения по постоянному току.
Рис. 5.12. Схема усилителя без блокирввочиого конденсатора для ив Источник сигнала переменного тока Схему 5.12 можно модифицировать, введя блокировочный конденсатор параллельно эмиттерному сопротивлению Вк (рис. 5.13). Емкость конденсатора должна быть достаточна, чтобы его сопротивление переменному току было намного меньше, чем резистора Вк. Эмпирическое правило, широко применяемое для расчета емкости блокировочного конденсатора, можно записать так: выбирайте емкостпь конденсатора тпакой, чтобы его сопротпивление переменному току на самой низкой рабочей частпоте было равно од- ной десятой части Вк.
Таким образом, блокировочный конденсатор почти накоротко замыкает змиттерное сопротивление Вн сигналу переменного тока. Он эффективно сажает эмиттер на землю по переменному току, т.е. гн = О. Имеем А„= —,'. (5.13) те Присутствие блокировочного конденсатора не меняет характеристик схемы на постоянном токе, так как конденсатор не пропускает (блокирует) постоянный ток. Постоянный ток проходит через Вн и схема сохраняет преимущество устойчивости смещения. Рис. о.13. Усилитель с ОЭ, с эмнттером, заблокирован- ным конденсатором Источник сигнала переменного тока Уравнение (5.13) предполагает большой коэффициент усиления по напряжению, потому что г, обычно несколько килоом, а г,' — несколько десятков ом. Но по причинам температурной зависимости г', коэффициент усиления по напряжению недостаточно стабилен.
Если создать промежуточную схему между схемой с термокомпенсированным эмиттером (рис. 5.12) и заблокированным эмиттером, то схема усилителя будет оптимизирована. На схеме рис. 5.14 эмиттер заблокирован только частично. Такой случай часто применяется на практике. Рис. 5.14. Усилитель с ОЭ с частично термокомпенси- рованньвм эмиттером +есс Источник сигнала переменного тока (142 Глава о. Анализ усилителей малого сигнала на биполлриьгх тра зисторах Ю.Я.
А 5 Р Р ЭЭ 143) Пример 5.2. У усилителя, изображенного на рис. 5.15, а, т,' = 10 Ом. Вычислите ток эмиттера. Какое напряжение переменного тока на эмиттере по отношению к земле? Чему равен коэффициент усиления по напряжению? +1б В 12 к Тв бм б) а) Рис. 5.15. б) Чтобы найти эквивалентное сопротивление, требуется приравнять 1в нулю. тв при эамыканви равно ЪЪ Решение. Тот эмиттера ге — [потому что = 0 см. рис. 5.15, б) еьь еьь ТВ [ТЕ + Ть + ТВ(Я [ТЕ + Ть) ь, = 5 х 10 з/[20 + 10) в~ 0,166 мА.
Потенциал переменного напряжения на змиттере е, о, =Ь,.те = 0,166 мА х 20 Ом = 3,22 мВ. Для оценки коэффициента усиления по напряжению тс = Нс[[ЛЕ = 2 кОм[[2 кОм = 1 кОм А„— 1000 = 33. [1е+ т,') [20 Ом+ 10 Ом) Пример 5.3. Для схемы усилителя с ОЭ на рис. 5.16 оцените коэффициент усиления по напряжению. Принять Ъве = О. Решение. Коэффициент усиления по напряжению А„[из уравнения [5.13)) А„= т,)~„т, = 4 кОм[[4 кОм = 2 кОм и сопротивление эмиттера переменному току т', т', = 25 мВ/1е.
~~~ 1 4к4 Глава б. Анализ усилителей малого сигнака на биполярных транзисторах Постоянный ток эмиттера 1Я = (1твс ком — 1'нн)ФЯ. Здесь Ъво „о, -- падение напряжения на резисторе 50 кОм. Имеем Следовательно, коэффициент усиления по напряжению А„= — = 80. 2000 25 +15 В +24 В бк ио — ( 100 к бк кОм Рнс. 5.17. Рис. 5.16. Пример 5.4. У транзистора в схеме усилителя (рис. 5.17) т, '= 10 Ом. 1. Вычислить коэффициент усиления по напряжению усилителя.
2. Если вывод блокировочного конденсатора перенести из точки А в точку В, каким будет коэффициент усиления по напряжению? Решение. 1. Коэффициент усиления по напряжению дан уравнением (5.11) А„= г,((тк + т',). Чтобы получить в этой схеме значение г„вывод +1'оо (+15 В) заземляем и раз- делительный конденсатор С1 замыкаем. Тогда с коллектора видим параллельное соединение коллекторного и нагрузочного сопротивлений. т, = В,)(Вг = 3 кОм!)б кОм = 2 кОм. т, '= 10 Ом (дано). И тк (эффективное сопротивление переменному току на эмит- тере) = 400 Ом (конденсатор С~ почти не оказывает сопротивления переменному току, т.
е. резистор 1 кОм зашунтирован). Следовательно, А„=, ' = 2000/(400+10) = 5. (т, '+ тя) 4' (8 — О) В, 25 мВ =1мА, г',= — =25 0м. 8кОм ' ' 1мА 5.3. 1 д б у оэ 1Д 2, Если перенести вывод конденсатора Сз из точки А в точку В, мы будем иметь гв = О. Следовательно, А„= — ' = 2000/10 = 200. I г, Входное сопротивление Входное сопротивление (импеданс) является важным параметром любой схемы. Малое переменное напряжение на входе вызывает переменный ток.
Их отношение и есть величина входного импеданса (закон Ома). Обычно желательно иметь высокий входной импеданс, чтобы схема не потребляла большой ток от источника, а в том случае, если вход соединен к другой электронной схеме, он не снижал бы общий импедзнс двух каскадов (импедансы будут включены параллельно), чтобы не было неблагоприятного влияния на характеристики предыдущего каскада, снижения его эффективного г„и, следовательно, коэффициента усиления [уравнение (5.11)].
На рис. 5.18 изображена схема усилителя. Я; представляет входной импеданс усилителя. Удобно вычислить Яо имея эквивалентную схему для переменного тока. Вспомним, что для этого надо заземлить выводы источников постоянного тока, т.е. вывод +$"сс должен быть заземлен, и конденсаторы должны быть закорочены. Полученная эквивалентная схема приведена на рис. 5.19, а, б. Источник сигнала леременног тока лг д где! Рис. 5.18. Усилитель с ОЭ. Янк„,> — входной вмпелавс, наблюдаемый па базе (оп ве включает влияние ггг и Ят), Я, — входной иыпедапс усилителя и г; = Я,5Л,9 гя,.„, ( ! 46 Глава б.
Анализ рси итпслетг малого сигнала на биполлрных тпранзистпорах При заземленном выводе +Рсс легко видеть, что Лв = В![[Вг, (5.14) т =Лс[[ЛЬ, (5.15) тЕ ВЕ. (5.16) Отметим, что ток источника протекает как через базу, так и через резисторы смещения. Входной ток делится на две части, а именно, ц и 1в [рис.
5.19, б). в) етым! в)л;=на[~л,~ ! б) Рнс. 5.19. Различные эквиваленты нмиеданса. Отметим, что: Яв = Ят[[ЯЫ т'с = Ес[[)1ы тс = Нв Входной нмпеданс схемы равен ит р, = —. те Удобнее вычислять входной импеданс, разделив его на две части, приведенные на рис. 5.18 и 5.19, в. Получим Я;1а „) и Вв. Тогда входной импеданс усилителя [см. рис.
5.19, в) г; = ЛЕ[[г,<,.„). (5.17) Обычно в схемах малосигнальных усилителей сопротивления В! и Вг можно выбирать в широких пределах [следовательно и сопротивление Вв в уравнении [5.14)] и Ле должен быть высоким. Чтобы Я, был высоким, Хтвваае) тоже Должен быть высоким. Так как Ве и Лавале) включены параллельно, то если любой из этих импедансов будет низким, то и Я, бу- р.э э..*р ° .р ° р. оэ ~4у) 1р рр лцд ! б) а) Рис.
5.20. Определение яцьр р> Чтобы вычислить входной импеданс Яэь нам необходимы значения эквивалентного сопротивления йц и сопротивление Ядь ээ) (уравнение (5.17)). Ве получим, применив (уравнение (5.14)), а сопротивление Яэйьпэе) можно вычислить следующим способом. Заменяем транзистор в схеме на рис. 5.20, а его идеальной моделью и получим схему (рис. 5.20, б). Импеданс базы А(ь иб = еь!ьь. (5.18) Напряжение еь (между базой транзистора и землей) в схеме на рнс. 5.20, б в соответствии с уравнением (5.7) равно: еь =1 (г, +ге) (5.19) Вспомним что гь — ф или гс — Ргь.
Подставив значение ьс в уравнение (5.19), получим еь = ьЬ ' )э (~ с + гЕ) или еь Иэйьаэе) 7 = Р ' (гс + гЕ) . ~ь Итак, входной импеданс базы будет Хэрщэр) =,3 (3',+гЕ). (5.20) дет низким. Вспомним, что при параллельном соединении высокоомного и низкоомного резисторов результирующее сопротивление будет ближе к сопротивлению низкоомного резистора. Например, если В1 = 1 кОм, Аэ = 100 кОм, тогда 1 кОм х 100 кОм 100 1 кОм+ 100 кОм 101 Уравнение (5.20) представляет важное соотношение, часто используемое для вычисления входного импеданса. Из рис. 5.20, б может показаться, что входной импеданс равен просто (г', + гн), что неправильно, потому что точка базы в рассматриваемой схеме — не простое ответвление. Ток у„текущий через (г,'+ ге) не весь приходит из базы. База дает только много меньший ток ц,(= 1,/)3). Два случая из практики Случай 1.
Эмиттер заземлен по переменному току Эмиттер может быть заземлен по переменному току двумя способами— рис. 5.21, а, б. В данном случае гп = 0 и из уравнения (5.20) имеем Яа(аале) = Р ' ге (5 21) Например, если коэффициент передачи тока транзистора )э' равен 80 и динамическое сопротивление эмиттера ге = 20 Ом, то Яйаеве) = 80 х 20 Ом = 1,6 КОМ. Однако отметим, что Яда „) здесь нестабилен, так как г', зависит от температуры. +рос б) а) Рис. а.21. Заземление эмиттера по пе- ременному току: йн = 0 (а), шунтиро- вание йе конденсатором (б) Случай л'.
Термокомпенсированный эмиттер Для термокомпенсированного эмиттера гн » г' и из уравнения (5.20) Яйееве) = )3 гк. (5.22) Ясно, чтоЯйвеве) схемы будет высоким из-за гк » г',. Уравнение (5.22) очень важно. Оно показывает, что импеданс, видимый на базе схемы с ОЭ (и с ОК), просто равен произведению коэффициента передачи тока ф и действующего сопротивления переменному току на эмиттере. Пусть Р = 80 и гн = 500 Ом, это дает Яе(~ „) — — 80 х 500 = 40 кОм. Видно, что Яйааве) схемы с термокомпенсированным эмиттером намного выше, чем схемы с заземленным эмиттером. Чтобы вычислить Яе усилителя по уравнению (5.17), зная величину Яйв „), надо взять в расчет сопротивления смещающих резисторов (уравнение (5.14)). ~~~~48 Глава б.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
