Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 57
Текст из файла (страница 57)
в случае с биполярными транзисторами, из уравнения 62 (Сх) =, (12.41) 1 2к(Гс,Йт;и) С ' дд.д. л д д 337тт ~~~338 Глава Ы Частотная хврактлеристика, способы свлзи Пусть А 1 и А„2 — коэффициенты усиления по напряжению усилителя 1 и усилителя 2, включенных последовательно. Входное напряжение первого усилителя равно о;„(Н.
Оно усиливается в А„1 рвз, следовательно о, „(0 = А„1 о,„(В. Так как ооис(1) поДключено к вхоДУ УсилителЯ 2, то Пои1(1) = О1и(2). Общий коэффициент усиления двухкаскадного усилителя А„(12) можно выразить как '4о(12) соим(2) /ови(1) поит(1) Йви(1) х ооис(2) Ми(2) (12.44) (ПОТОМУ ЧтО Ооис(1) — — Ови(2)) И А„(12) = А,д А„2. (12.45) Этот результат показыаа усилитель 1 „усилитель 2 ет, что коэффициент усиления по напряжению двухкаскадного усилителя равно произведеРис. 12.15. Блок-схема 2-каскадного усилителл нию коэффициентов усиления отдельных каскадов. Это справедливо для любого числа каскадов и коэффициентов усиления по току и мощности.
Если два усилительных каскада с коэффициентами усиления по напряжению 20 и 30 составляют многокаскадный усилитель, то общий коэффициент усиления по напряжению будет 20 х 30 = 600. Если на вход первого усилителя подать сигнал напряжением 1 мВ, то на выходе второго усилителя получим сигнал напряжением 600 мВ. Если коэффициенты усиления по напряжению даны в децибеллах, общий коэффициент усиления по напряжению многокаскадного усилителя равен сумме коэффициентов усиления отдельных каскадов, выраженных в децибеллах, независимо от знака коэффициента усиления каждого каскада.
Этот вывод можно получить простым путем. Рассмотрев уравнение (12.44), можно записать: 2016(поит(2)/о,и(1)) = 20Щооис(1)/о1и(1)) х пои„(2)/ови(2)] = 2016(Ао1 Аоз); Аи(12) (дБ) = Ао1 (дБ) + А„2 (дБ). (12.46) Например, пусть многокаскадный усилитель образован тремя каска дами, каждый из которых имеет коэффициент усиления по напряжению 20 дБ.
Коэффициент усиления могокаскадного усилителя равен 20 дБ + +20 дБ+ 20 дБ = 60 дБ. Чему равен общий сдвиг фазы между выходным и входным сигналами у многокаскадного усилителя? Фазовый угол многокаскадного усилителя равен алгебраической сум ме фазовых углов, внесенных отдельными каскадами.
Это легко пред ставить. Таким образом, два инвертирующих каскада дадут выходной 1Й.В. м д г 339)) сигнал синфазный с входным сигналом. Если один усилитель инвертирующий, а другой неинвертирующий, то выходной сигнал будет по фазе противоположным входному (разность фаз 180'). Пример 12.3. Два усилителя с ксоффнцнентамн усиления цо мощности 100 и 400 образуют двухкаскадный усилитель. Чему равен общий коэффициент усиленна по мощности двухкаскадного усилителя? Результат также выразить в децибеллах. Решение. Коэффициент усиления первого усилителя Сэ равен 100 н Сэ второго усилителя равен 400.
Следовательно, коэффициент усиления цо мощности двухкаскадного усилителя См равен: См = С~ х Сх = 100 х 400 или См = 40000. В децибелах С, (в дБ) = 101я1100) = 20 дБ; С, (в дБ) = 10161400) = 26 дБ. Следовательно, См = С1 + Сэ = 20 дБ+ 26 дБ нли Сы = 46 дБ. Частотнал характеристика многокаскаднмх усилителеб Общая частотная характеристика многокаскадного усилителя зависит от частотных характеристик отдельных усилительных каскадов.
В общем случае, полоса пропускания в многокаскадной системе сужается. В двух случаях оценка нижней и верхней граничных частот относительно проста. Первый случай — когда все каскады многокаскадного усилителя имеют одинаковую нижнюю граничную частоту или одинаковую верхнюю граничную частоту. В таком случае общие граничные частоты можно вычислить по следующим выражениям: Л Л(влмепь) (12.47) 21!" — 1 У~,,„~=~ /2э" — 1. (12.48) Здесь ~ц,лжет) представляет нижнюю граничную частоту многокаскадного усилителя и ~э1,„,~, ) — верхнюю граничную частоту, и — число каскадов многокаскадного усилителя с одинаковой нижней и/или верхней граничной частотой.
У двух одинаковых каскадов с нижней граничной частотой ~~ и верхней граничной частотой )э при соединении в двух- каскадный усилитель нижняя граничная частота повышается до 1,55ум а верхняя граничная частота понижается до 0,64~э. То есть, имеет место сужение полосы пропускания. При увеличении числа каскадов полоса пропускания еще больше сужается. ~~~340 Глава 12. Частотиал характеристика, способы свлзи Проиллюстрируем зтот момент примером.
Пусть усилитель имеет нижнюю граничную частоту 71 = 20 Гц и верхнюю граничную частоту 7з = = 20 кГц. Следовательно, его полоса пропускания 7з — ~1 20 кГц. Если два таких усилителя соединить последовательно, тогда из уравнений (12.47) и 112.48) граничные частоты двухкаскадного усилителя ~' е~ будут 7цзм ) —— 1,55~1 = 1,55 х 20 Гц= 31 Гц; Д~змаое1 — — 0,64~а = 0,64 х 20 кГц = 12,8 кГц. И полоса пропускания / / ~цапове) — ~и змаое) 18,2 кГц. Если же усилитель будет состоять из трех таких одинаковых каскадов, общая полоса пропускания многокаскадного усилителя сузится до 10,2 кГц.
Другой не очень сложный случай для оценки общих граничных частот — зто когда граничные частоты отдельных каскадов сильно отличаются между собой. Тогда каскад с самой высокой нижней граничной частотой определит примерную нижнюю граничную частоту многокаскадного усилителя. А каскад с самой низкой верхней граничной частотой даст приблизительную верхнюю граничную частоту многокаскадного усилителя.
12.9. Способы межкаскадной связи Два усилителя связаны между собой, когда выход одного усилителя подключен к входу другого. Схемы, цепи, применяемые для соединения разных усилительных каскадов, называются способами связи. Есть три способа связи: — ВС-связь; — непосредственная связь; — трансформаторная связь. Усилители с ВС-связью Первый способ связи, который начал применяться — зто резистивноемкостная связь (ЛС-связь). Например, на рис.
12.1 источник сигнала подключен к базе транзистора через конденсатор — разделительный конденсатор.Как отмечалось ранее, разделительный конденсатор предотврв щает прохождение в схему постоянного тока и легко пропускает сигнал переменного тока. Если емкость разделительного конденсатора выбрана верно, падение переменного напряжения на нем ничтожно мало. разде лительный конденсатор вместе с сопротивлением базовой цепи образует я.Р. ь б * ьм 34~!) ВС-цепь, по этой причине такую связь и называют ВС-связью. Как было обсуждено ранее, ВС-цепь действует как фильтр нижних частот. Способность конденсатора блокировать постоянный ток является большим удобством для многокаскадных систем. Такая изоляция постоянного тока означает, что связь не нарушает смещение связанных каскадов и позволяет проводить независимый анализ по постоянному току разных усилительных каскадов.
ВС-связь широко применяется в схемах на дискретных элементах. Единственным недостатком ВС-связи является то, что она накладывает ограничение на рабочие частоты. Емкость и соответственно размеры конденсатора иногда для низких частот получаются очень большими. ВС-связь, однако, редко применяется в интегральных схемах, так как трудно и невыгодно формировать конденсаторы на кристалле (добавляются дополнительные технологические операции). Мы уже анализировали усилители с ВС-связями в предыдущих разделах, когда конденсатор использовался для связи с источником сигнала или для связи выходного сигнала с нагрузкой. Те же самые принципы применимы и для многокаскадных усилителей с ВС-связями. Непосредсгпвенн я связь При непосредственной связи выход одного каскада электрически соединяется проводящей дорожкой или проводом с входом следующего каскада.
Очевидно, что связываются как сигналы переменного тока, так и постоянные напряжения. В результате постоянные напряжения на выходе предыдущего каскада и входе следующего каскада становятся одинаковыми. Так как здесь нет разделительных конденсаторов, низкочастотная часть частотной характеристики при непосредственной связи плоская — здесь нет низкочастотного барьера, и постоянные напряжения и токи также могут усиливаться.
Расчеты постоянных напряжений и токов при непосредственной связи требуют большей осторожности, анализ схем тоже сложнее. Другим недостатком непосредственной связи является то, что низкочастотные шумы также передаются из каскада в каскад и усиливаются. Эта проблема часто снимается применением более совершенных схем наподобие дифференциальных усилителей (которые мы будем изучать в следующей главе). Непосредственная связь применяется в интегральных схемах, операционных усилителях и дифференциальных усилителях.
Приведенный пример освещает некоторые моменты анализа непосредственной связи. Пример 12.4. На рис. 12.1б — двухкаскадный усилитель с непосредственной связью. Каким должно быть сопротивление резистора Во, чтобы на коллекторе транзистора Яз было напряжение +5 В относительно земли. У обоих транзисторов Ъ'вя = 0,7 В и д = 100.
~~~342 Глава 12. Частотная характеристика, способы связи Решение. Ток эмиттера транзистора Яь равен 1вь = (Ъвв — Ъвк)/Яв = (2,1 — 0,7)/700 Ом = 2 мА. Напряжение на коллекторе Яг (или на базе (',>г), т.е. на точке А на рис. 12.16. )гя = 12 — (4 кОм х 2 мА) = 12  — 8 В = 4 В. Следовательно, ток эмиттера транзистора 9г. 1вг = (4  — 0,7 В)/3,3 кОм = 1 мА.
Применяя закон Кирхгоффа к выходной цепи, имеем 12 В = (5 В+ 1вг Вс) или Лс = (12  — 5 В)/1вг = 7 В/1 мА = 7 кОм. +гг В вс иг(= + 5 В) +2А В Ом Рис. 12.16. Даухкаскадаый усилитель с ыепосредстаеппой связью Рис. 12.17. Усилитель с трансфор- маторной сеязью Трансформаторная связь Другой способ связи, позволяющий передать сигнал переменного тока из одного каскада в другой, в то же время обеспечивая изоляцию между ними по постоянному току, — это трансформаторная связь. Первичная обмотка трансформатора занимает место коллекторного резистора Лс а его вторичная обмотка подключается к входу следующего каскада. Про стая схема на рис.
12.17 разъясняет подключение трансформатора. Через трансформатор сигнал переменного тока поступает из одного каскада в следующий, а постоянный ток между каскадами отсутствует. Преимуществом трансформаторной связи является снижение потерь мощности в цепи коллектора. дд.дд. С д д д д д дд 343) Недостаптш — Неравномерная частотная характеристика (из-за индуктивностей катушек и емкости между обмотками), трансформаторы громоздки, не поддаются интеграции (почти невозможно сформировать в кристалле).
— Трансформаторная связь применяется в высокочастотных усилителях на частотах вьппе 20 кГц, в радиоприемниках, телевизорах. 12.10. Схема дарлинггона (составной транзистор) Коэффициент усиления по току,б одиночного транзистора в лучшем случае может достичь нескольких сотен. Чтобы получить большие значения 11, нужны схемы из нескольких транзисторов. Схема Дарлингтона или составной транзистор — в высшей степени полезная комбинация из двух транзисторов. В составном транзисторе коллекторы двух биполярных транзисторов соединены вместе, а змиттер одного транзистора напрямую соединен с базой другого, как это показано на рис. 12.18.
Обозначим через 381 и Р2 коэффициенты усиления по току транзисторов Я1 и Я2 соответственно. На рис. 12.18 токи транзисторов О1 и 92 следующие: 1м — ток базы первого транзистора Ч1,и по определению, он равен: 3,1 = Д13м. Так как эмиттер Д1 напрямую соединен с базой транзистора 92, то 122=3,1 и (12.49) 'дд2 1321И Р21с1 132ЙЗЫ. И общий коэффициент усиления по току составного транзистора равен дд . дд1332. (12.50) 1М Следовательно, если д81 =,82 = 200, то коэффициент усиления составного транзистора 200 х 200 = 4000. Фактически, схема Дарлингтона представляет собой два каскада эмиттерных повторителей с непосредственной связью с бесконечным змиттерным сопротивлением транзистора Я1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
