А.С. Белокопытов, К.С. Ржевкин, А.А. Белов, А.С. Логгинов, Ю.И. Кузнецов, И.В. Иванов - Основы радиофизики (1119801), страница 38
Текст из файла (страница 38)
На этих схемах не показаны межэлектродные емкости и индуктивности выводов ламп и транзисторов, которые принципиально неустранимы и определяют частотную характеристику усилителя в области высоких частот. Здесь присутствуют три основные составляющие усилителя; управляемый элемент — пентод (рнс. 6.5, а), биполярный и— р — и-транзистор (рис. 6.5,б), полевой транзистор с р — и-переходом и каналом п-типа (рис. 6.5, в); сопротивление нагрузки управляемого элемента — соответственно В„В, и В, (для переменной составляющей напряжения соответственно: В, й В„, В„й В, н В, й В.„) и источник питания.
Все остальные элементы схем носят вспомогательный характер и предназначены для установления и стабилизации режима работы усилителя. Они обеспечивают работу лампы или транзистора в активной области, где малые приращения разности потенциалов между сеткой н катодом, затвором н истоком, базой и эмитгером вызывают пропорциональные им приращения анодного тока, тока стока илн тока коллектора. В У ЩДГ Р~ Г б У ЮИУММ ~Юб протекающий через активный элемент, н напряжение на нем соответствовали точке, находящейся приблизительно в середине линейной области семейства выходных ВАХ элемента.
Эту точку называют рабочей точкой и ее правильный выбор обеспечивает возможность получения аксимальной выходной амплитуды сигнала с минимальными искажениями. Проведем выбор рабочей точки на примере усилителя, представленного на рис. 6.5, в. Выходные ВАХ полевого транзистора изображены на рис.
6.6. Уравнение Кирхгофа (6.11) дает возможность построить так называемую нагрузоч.ную прямую, связывающую между собой ток, протекающий через транзистор в состоянии покоя 1„и напряжение на транзисторе сГ„,. Состояние покоя подразумевает отсутствие входного сигнала. Нагрузочная прямая строится по двум точкам: 1, = О, Е„= (Г„, (транзнстор полностью закрыт) н (1„, = О, 1 = Е„/В, (транзистор полностью открыт). В качестве рабочей на семействе выходных ВАХ рис.
6.6 выберем точку с координатами ((Г,„„1„). Этой точке соответствует управляющая разность потенциалов между затвором и истоком — (1„„которую необходимо установить для обеспечения выбранного режима работы транзистора. Тем самым будет установлена исходная крутизна характеристнхи Я. Для создания необходимой разности потенциалов между затвором и истоком 6.2. Принципы построения усилителей. Основы анализа их ха акте истик 141 (для схемы рис.
6.5, в она отрицательна) в схему усилителя включены элементы В, и А„. Резистор А„отделенный от источника сигнала по постоянной составляющей конденсатором С„обеспечивает задание нулевого потенциала затвора. В отсутствие входного сигнала ток, протекающий через А, пренебрежимо мал (ток обратносмещенного р-и- перехода = 10 ' А) и потенциал затвора У, О. В то же время за счет наличия в цепи истока резистора Вв и протекания через него тока Т, потенциал истока транзистора У„= 1.В„оказывается положительным относительно затвора.
Таким образом, (6.17) КнО = КΠ— (гнв = — ~сВн, что и обеспечивает выбранный режим работы усилительной ступени по постояннному току. Для того чтобы режим работы усилителя не менялся при изменении частоты входного напряжения, сопротивление А„шунтируют конденсатором большой емкости, которую выбирают из условия В„~ 1/ьв„С„. При этом переменная составляющая тока стока не создает падения напряжения на А„'й Я,„и не меняет режима работы усилителя. Элементы В„, С„называют цепью авлюматичсского смел(еиия в отличие от случая, когда режим устанавливают включением в цепь затвора дополнительного источника смещения. Выбранный режим работы схемы обеспечивает получение максимального значения амплитуды выходного сигнала.
Дальнейшее увеличение У приведет к возникновению заметных нелинейных искажений выходного сигнала, связанных с наличием областей отсечки и насыщения выходного семейства ВАХ транзистора. При заходе в эти области транзистор теряет усилительные свойства, средняя крутизна входной ВАХ падает. Напомним, что пРи подаче пеРеменно- г,двл го напряжения на вход усилителя, что соответствует динамическому режиму его раба- е,~л ты, динамической нагрузкой усилителя бу- 0 дет сопротивление В.
1~ В„, так как кон- -0,5 денсатор С„разделяющий выход усилителя ~'хх (1) и резистор В„, на переменном токе обычно -1,0 обладает сопротивлением (м„Св) ' « А„. — 1,5 При проектировании усилителя необходимо учитывать, что нагрузочная прямая не должна пересекать пунктирную кривую -Зо Р,„= Х.У,„(рис. 6.6), ограничивающую -3,5 площадь ВАХ, за которой мощность, рассеиваемая транзистором, превышает допусти- 10 20 0 Е, Гг,„,В мую. ~гсО Анализ усилительных схем, представленных на рис.
6.5, удобно вести, используя понятие эквивалентных схем управляемых активных элементов (гл. 1У) с учетом цепей, обеспечивающих подачу управляющего сигнала и снятие выходного напряжения. ,.гГ бх Рис. 6.6. Выходные характеристики поле- / Нсо ходимо пОДчеркНУть, что эквива- вого транзистора, поясняющие выбор рабо- КЪ К(г лентные схемы СоставлЯют длЯ малых при- чей точки и принцип усиления сигнала схемы Ращений сигналов, когда нелинейности всех рис 6 4 а М„ ф элементов схемы пренебрежимо малы. При "этом внутренним сопротивлением источников питания пренебрегают. Составляя эквивалентную схему усилителя. удобно отдельно представить его входную цепь, обеспечивающую подачу управляющего сигнала У„в на управляемый элемент, и выходную, где этот элемент замешен эквивалентным генератором тока 36"„, или напряжения (вУ,ю Глава 6. Усилители элект ических и оптических сигналов 142 Выбор схемы замещения определяет соотношение между внутренним сопротивлением управляющего активного элемента и сопротивлением нагрузки.
Все представленные выше активные элементы замещаются„как правило, генератором тока, поскольку их внутреннее сопротивление Як, как правило, много больше сопротивления нагрузки. На рис. б.7 приведены эквивалентные схемы усилителей, использующих пентод, полевой транзистор или биполярный транзистор. Эквивалентные схемы для пентода и полевого транзистора совпадают, так как оба эти элемента не потребляют ток во входной цепи, и их входное сопротивление приближенно равно внешнему Я, илн В,. Для биполярного транзистора входное сопротивление определяется сопротивлением делителя, составленного из сопротивлений А! и гг! и входного сопротивления транзистора хх 84.б).
Б ихв = Р((е)Ф б) Б в д(гкв ('ХВ !Катк! !!)к2!!хк )=ак(кв)Ф„ Б й,„; — й! 1~ )2, ~! й„ (хв =(( х !вк(кв) ~ 11 й!! )~2вкв ~к !! Лк !! йк ) !вкв )'! 2 ) вк Рис. 6.7. Эквивалентные схемы усилительных ступеней, использующих пентод иди полевой транзистор (а), биполярный транзистор (б), и их упрощенный вид (в) и (г) соответственно Левые части рис. б.7, а, б изображают входные цепи усилителей. Здесь, помимо отмеченных на принципиальных схемах (рис. 6.5) элементов, учтены входные емкости активных элементов.
Управляющее напряжение на входе управляемого элемента определяет АЧХ входной цепи !К,(ы)~ = !0„ь!/~0 ~. В выходной цепи учтено присугствие емкости С„представляющей собой выходную емкость управляемого элемента, емкость 6.2. П инципы построения усилителей. Основы анализа их ха актеристик 143 (6.21) СфВ «в » СркВ(.
Таким образом, в области высоких частот К(( ) = -К(В !! Я;) = -К . .7(к'ВэкэСф + 1 (6.22) или (и(-(( = к (6.23) (-:-( к,„с,('' пр,=((К С. фф ф ° гг р э к. Рассмотрев частотную зависимость коэффициента усиления в области низких, средних и высоких частот, можно построить зависимость, представленную на рис. 6.2,а (с точностью до нормировки на !К((срэ)!). Остановимся на анализе (6.23). Положим, что увеличение частоты приводит к выполнению условия (сВ С, » 1.
Тогда из (6.23) следует, что Я . !К(ы)!(с = —, С,' (6.24) или !К(У)!У = —. Я 2яСф (6.25) нагрузки и емкость монтажа схемы — так называемой ппаразитной" емкости, Очевидно, что частотная зависимость коэффициента усиления линейного усилителя будет определяться произведением !К(ы) ! входной цепи и !К((с) „! выходной цепи. Заменяя параллельное включение сопротивлений на эквивалентных схемах эквивалент- ными сопротивлениями и учитывая, что обычно В, » В„В, и г„" » Вк, В„, упростим анализ, перейдя к схемам рис.
6,7, в и г. Анализ АЧХ усилителя удобно начать с области так называемых средних частот, где !К(ьэ)! практически не зависит от частоты. На этих частотах влиянием всех емкостей можно пренебречь (их реактивные сопротивления обращаются в ноль или стремятся к бесконечности). Тогда для !К((с„)! (схема рис. 6.7, в) получаем !К(ы )! = !КМ,)!.,!К(~ )!., (6.18) что фактически совпадает с коэффициентом передачи двух последовательно включен- ных четырехполюсников (см. $3.5) — входного К(ы) и активного выходного К(ы), Учитывая обозначения рис. 6.7, в при условии В, « В, ((7пз (7 ), находим К(ы) =-ЯВ, .
(6.19) В области низких частот вид частотной характеристики определяет входная цепь усилителя (реактивное сопротивление малых емкостей С„и С, стремится к беско- нечности). Разделительная же или переходная емкость С, вместе с сопротивлением В, образуют частотно-зависимый делитель. Следовательно, зависимость управляющего напряжения от частоты (7пх((с) будет иметь вид (' ( ( = с.( ( (сВ,С, (6.20) (.1-( к,С,( ' ффю* р к ..., „. н,„, = 1/В,С, величина управляюшего напряжения упадет на 3 дБ, что соответствует нижней . т(( граничной частоте полосы пропускания усилителя, при которой активное и реактивное сопротивления переходной цепи уравнивают друг друга.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
