Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 37
Текст из файла (страница 37)
17. Входное сопротивление какого усилителя больще: охваченного последовательной цепью обратной связи по входному напряжению нли току? !8. Какпе типы обратной связи влияют на выходное сопротивление усилительного устройства? 19. Что такое запас устойчивости по фазе и амплитуде? 20. Какой вид должны иметь ЛАЧХ и ФЧХ усилительного устройства иа границе устойчивости? 2!. Поясните, как основные показатели усилительного устройства связаны с его ЛАЧХ. !82 ГЛАВА 6.
СХЕМОТЕХНИКА УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОИСТВ НА ВИ ПОЛЯРНЫХ И ПОЛ ЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ При построении усилительных устройств наибольшее распространение получили каскады на биполярных к полевых транзисто. рах, использующие соответственно схемы включения транзистора «общим эмнттером н общим истоком. Реже используются схемы пключення с общим коллектором н общим стоком. Схемы включения с общей базой нли общим затвором находят применение 1олько в узком классе устройств, например во входных цепях ралноприемных устройств, работающих в диапазоне УКВ.
РассмотРение таких каскадов, в силу специфики построения, связанной с «нльным влиянием на нх свойства паразнтных параметров реальной конструкции каскада, требует самостоятельного рассмотрения 181 и выходит за рамки настоящего учебника, Поэтому в дальнейшем будем рассматривать только специфику построения н основные параметры каскадов, использующих соответственно схемы включения с общим эмиттером и общим коллектором для биполярных н с общим истоком и общим стоком для полевых транзисторов.
$.1. усилительный КАскАд ЙО схеме 'с ОБщим эмиттеРОм 6 Е1, ПРИНЦИП РАБОТЫ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ Все схемотехническое многообразие каскадов, использующих схему включения биполярного транзистора с общим эмнттером, прн использовании известных из теории электрических цепей методов может быть приведено к единой схеме, показанной на рис. 6.!. Как следует нз приведенного рисунка, пркнцип построе. ння каскада ие зависит от типа проводимости биполярного транзистора. Поэтому в дальнейшем остановимся нэ рассмотрении каскада, выполненного иа биполярном транзисторе типа п-р-п, широко применяемого в ИС (рнс. Б.),а).
Все сказанное для этого каскада будет справедливо и для каскада на р.п-р транзисторе (рис. 6.),б). Далее, кроме особо оговоренных случаев, будем полагать, что нагрузочный элемент каскада )г„носит чисто активный характер, а напряжение («),) усилительного каскада является постоянным. В приведенной схеме возможны два способа подключения нагрузки. При первом способе в качестве нагрузочного элемента используется непосредственно резистор )«„, включенный в коллекгорную цепь транзистора. При таком включении каскад реализует 183 Рнс.
бд. Обобщенная схема усилительного кас- Рнс. 6.2. Усилительннй кала на бинолкрном транзисторе ткпоа и-р-л (а) касках с анемией яа. н р-и-р (б1 грузкой последовательную структурную схему усилительного устройства (см. рис. 5.2,а). Во втором случае нсйользуют дополнительный нагрузочный элемент гг„(резистор), включаемый параллельно выводам коллектора н эмиттера транзистора тТ (рис.
6.2). В этом случае каскад реализует параллельн)ю структурную схему усилительного устройства (см. рнс, 5.2,б). Отличие способов подключения нагрузки приводит к различию свойств каскадов, Так, на рнс. 6.1,а,б фазы входного н выходного сигналов каскада совпадают. Следовательно, каскад является неинвертируюшнм и для него и,„, = ук)х„. (6.1) В схеме на рис. 6.2 фазы входного н выходного сигналов отличаются на я н поэтому каскад является инвертирующим. Связь выходного напряжения с параметрами схемы в этом случае имеет вид (6.2) Следует отметпть, что если интересоваться только переменной составляющей выходного сигнала, то для обоих случаев без учета фазы сигнала можно воспользоваться выражением (6.1).
При этом для случая непользования дополнительного нагрузочного резистор» в выражении (6.1) вместо лх, надо подставить гт'я= =~х яГ(яНЯя+Кя). Резистор гго является балластным и предназначен для линеарнзации входной характеристики каскада. Известно (см. гл. 2). что входное сопротивление транзистора, особенно в начальной части его ВАХ, имеет существенно нелинейный характер, поэтому одинаковые приращения входного напряжения приводят к различным приращениям входного (б, а, следовательно, н выходного (к токов гк тийлэ йазп ()с .
(6.3) где Лг,э — коэффициент передачи тока в схеме с общим змнттером; гㄠ— входное сопротивление транзистора, значение которого зависит от и,„; и„=и,+ О,„ †суммарн входное напряжение каскада; и, — управляющая (изменяющаяся) составляющая входного напряженна; (/„— постоянная составляющая входного напряжения). Если выражение (6.3) подставить в (6.1) и (6.2), то становится очевидным, что непостоянство Р„, обусловленное изменением входного напряжения и, следовательно, режима работы транзистора, приводит к изменению коэффициента пропорйиональности между входным и выходным напряжениями каскада. Передаточная характеристика каскада по напряжению приобретает существенно нелинейный характер, что усложняет его практическое н»- нояьзоваиие. Для лннеаризации передаточной харак и рнстнки последова.
тельно с змнттерным переходом транзистора включают балластный резистор Мм сопротивление которого выбирается из условия )4:л К„. Чем жестче выполняется зто неравенство, тем линейнее для заданного изменения входного нанрянм ния входная характеристика каскада н выражение (6.3) приогйн таст вид Гк =.1ьймз=йвэи l(ггг ( )т' ) явйгс,и„„(йз (6 4) Следует заметить.
что введение в схему усилителя резистора Яа уменьшает коэффициент усиленна каскада и это уменьшение тем больше, чем жестче выполняется неравенство Яз~йгм Причина этого в том, что с увеличением Яб меньшая часть входного напряжения прикладывается непосредственно к эмнттерному переходу транзистора. Во входной цепи каскада действуют два источника напряжения: и, — непосредственно сигнал, подлежащий усилению, и У,„— некоторое постоянное напряжение, обеспечивающее требуемый режим работы каскада по постоянному току. Анализ усилительного каскада удобно проводить (см. гл. 4) с использованием входных и выходных характеристик транзистора методом нх пересечения.
При этом будем полагать, что выходным является напряжение на резисторе гс. Для этого предположим, что суммарное входное напряжение каскада остается неизменным. Построим на входной характеристике транзистора (рис. 6,3,а) нагрузочную прямую„пересекающую оси тока и напряжения соответственно в точках и„Яе н и„, где и„=и,+0„. Наклон этой прямой определяется сопротивлением резистора ггж т. е. с(п щ Ра. На выходных характеристиках транзистора также построим нагрузочную прямую, наклон которой определяется сопротивлением резистора Р„т.
е. с(паг Я„(рис. 6.3,6), Эта прямая пере- 18$ ~ ььн ххв гхаи :счет осн тока и напряжения соответственно в точках У Я и У,. ч к Если напряжения п„и У, постоянны, то базовый и коллекторчый токи транзистора также будут постоянны. В базовой (вход~ой) и коллекториой (выходной) пенях транзистора будут протесать так называемые токи лохол 1во н 1ка. Этим токамсоответ:твуютнаирязсения покоя Узэ и и Укэп, которые можно найти как проекцию точки Л пересечения соответствующих характеристик раизистора на осн напряжения.
Предположим, что входное напряжение каскада увеличилось ~а величяну АУ„. Это приведет к тону, что точка пересечения ~агрузочной прямой с осью напряжений на рис. 6.3, а сместится право иа величину ЬУмь базовый ток и напряжение база — змитер получат положительные приращения Л1з н ЬУзэ. Соответ'- твенио положительные приращения получат коллекторный ток рзнзистора и согласно выражению (6.1) — выходное напряжение вз 1я 1 Ъяя! 1лл Лл 1 янл дя в) Рнс 6,3.
Входная (а) и выходные (б, а, г) харакяернстнкн усклнтельного кас- када каскада 1яУ,ня=ях0кэ (рнс. 63,б). Новый режим в схеме будет характеризоваться точкой покоя П!. Таким образом, любое изменение входного напряжения в рассматриваемой схеме приводит к пропорцкональному изменению ее выходного напряжения. Количественно зто иза(енеиие определяется коэффициентом усиления каскада по напряжению.
Определим его зависимость от параметров схемы для приведенных выше условий. Согласно определению, коэффициент усиления каскада равен отношению приращений выходного н входного напряжений Кц„=ли, 7ВО„. Для рассматривземой схемы, полагая Ь!яэ =Взяв=б (отсутствие внутренней обратной связи и бесконечное выходное сопротивление, см. рис. 2.13), найдем '~' аня ~( кэ йя!э ~1БЯя Д (1в! о ("' БЭ Зусяя вя. Следовательно, Кс!к = йя!эяс Я (6,5) Полученное выражение не учитывает присутствие во входной цепи каскада балластного резистора Ио. Этот резистор, как уже )87 отмечалось, образует с входным сопротивлением транзистора до полннтельиый делитель напряжения, уменьщаюший суммарныи коэффициент усиления каскада.
С учетом этого суммарный козф фициент усиления каскада, представлявший собой коэффициен1 усиления каскада по постоянному току /(сб, равен Коо =*/сок/свет Апэртк/(Об+ /эвв) (6.6) где /(дев=)твв/(/тб+квв) — коэффициент передачи входного делителя напряжения. Основываясь на сказанном, для входного и выходного сопротивлений каскада, приведенного на рнс.
6.1,о, можно записать следующие выражения: /тв» /тб + /твв /тб1 (6.7) (6.8) ГДЕ /твккт — ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТРаНЗНСТОРН. Если нагрузка подключается к выходу усилительного каскада. как показано на рис. 6.2, то выражение для выходного сопротив пения каскада изменится. С учетом того, что источник (/, является идеализированным источником напряжения, /эвкк = Ювыв т/зк/(Рвкк т + /Зк) "~ /з» (6,9) 012. ПОНЯТИЕ О КЛАССАХ УСИЛЕНИЯ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ В зависимости от значения и знака напряжения смещения (/, и напряжения сигнала и, в схеме транзисторного каскада, приведенного на рис. 6.1, возможно несколько принципиально различных режимов его работы, называемых классами усиления.
Для обозначения различных классов усиления используются прописные латинские буквы. Рассмотрим их подробнее. Класс усиления А. Режим работы транзисторного каскада, при котором ток в выходной цепи транзистора протекает в течение всего периода изменения напряжения входного сигнала, называется режимом усиления класса А. Характерной чертой этого режима является выполнение условия А/к</хя, для обеспечения которого напряжение (/„применительно к схече иа рис. 6,1,а, должно быть положительным я превосходить максимальную амплитуду напряжения и,. Максимальная амплитуда выходного сигнала в данном режиме может достигать значения близкого к (/,/2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
