Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987) (1142057), страница 15
Текст из файла (страница 15)
— — — — — — 3 е, С каскад г каскад д аегаед Полагая зз„:я й и считая все транзисторы одинаковыми, получим зззя ззз К вЂ” Л,+й,„- Если многокаскадный усилитель цосгроен на полевых транзисторах, то Ксз = бзй«з* Ян г + ~з1 В з — 1+~ Тогда (3.1) запишется так: К, = "'" Я,.В.„(К„Ц "- б„я . (3.3) ~з+ з1 .П. „ Полагая й ~ Н и считая все транзисторы одинаковыми, получим (~яз) 5 3.2.
ХАРАКТЕРИСТИКИ В ОБЛАСТИ НИЗИ$ИХ ЧАСТОТ Эквивалентные схемы каскадов в области низших, частот, в которой существенное влияние оказывают емкости С,, С, и С, (С„), показаны на рис. 3.7 и 3.8. С понижением частоты реактивное сопротивление указанных емкостей увеличивается. При этом емкости С, и Сз препятствуют прохождению сигнала со входа каскада на его выход, уменьшая тем самым коэффициент усиления каскада в области низших частот. Действие блокирующей емкости несколько иное — в области низших частот она перестает шуитировать резистор Я, (11„) и коэффициент усилении каскада уменьшается за счет действия отрицательной обратной связи. Для того чтобы количественно оценить уменьшение усиления, вводят понятие коэффициента частотных искажений Мз = Ки ~Киззз (3.4) который показывает, во сколько раз коэффициент усиления в области средних частот (Кс ) больше коэффициента усиления в области низших частот (К и„„). Так как в области низших частот коэффициент усиления является комплексной величиной, то нод Кп,, понимают его модуль.
Коэффициент частотных иска- пений выражают в лецибелах (дБ): Мн = 30)а(Кс к/Кс««к) «!г ге «евое е, (З.б) Нижнюю граничную частоту «-го каскада с«„! по уровню 0,707 «испивают по формуле е«««! = 1/тн.ккн!. (3.7) и Частотные искажения за счет емкости С, можно е, определить по формуле / Рнс. 3.7 н! где ен, = С, (К„+ К ). Частотные искажения за счет емкостей Сг и С, « гг определим также по формуле (3.5), введя велнчннь! ««г Хек тнг Сг (Кн + Кк «! «к) пеке Ее «Гг Ек Сг(Кн + Кк) т«н = «Ек Ек =СК,,=С, г,+ К! + гб ~) Рнс. З.В 1+ ~3,! Для эквивалентной схемы каскада на полевых транзисторах ',рис. 3.8) частотные искажения также будем определять по формуле (3.5), причем тм = С! (К, + К,), ты = Сг(К,«! г, + Кн) ке ке Сг (К, + Кн), е,н нк СнК,„„н нн С„/Ю.
Фактически каждая постоянная времени представляет собой произведение соответствующей емкости на результирующее юпротнвление цепи ее перезаряда. Суммарные искажения на низких частотах подсчитывают с достаточной точностью по рормуле г М„= 1+, где = + + В случае многокаскадного усилителя определяют сумму збратных значений эквивалентных постоянных времени: где т„определяется по формуле 13.6). Если задан общий коэффициент частотных искажений М„ на весь усилитель, то эту величину следует распределить между отдельными искажающими в области низших частот пенями и затем определить необходимые значения емкостей.
Например, переходную емкость С, в схеме рис. 3.7 можно вычислить по формуле 1 С 2 1: 1Л, + Км) |/М*„, — !' где )„' — нижняя граничная частота усилителя; Мм — доля частотных искажений, приходятцаяся на данную емкость, причем п Ми= ПМ. Аналогичные формулы легко получаются и для всех остальнь!х емкостей, приведенных на рис. 3,7 и 3.8. ф ЗЗ. ХАРАКТЕРИСТИК В ОБЛАСТИ ВЫСШИХ ЧАСТОТ ,эквивалентные схемы каскадов в области высших частот показаны на рис. 3.9 и 3ЛО.
С повышением частоты умень-. шается коэффициент !э, увеличиваются шунтнрующее действие емкости коллекторного перехода С емкости нагрузки С межзлектродных емкостей полевого транзистора С, С„и С Все это приводит к уменьшению усиления в области вь1сших частот. Количественно уменьшение козффнциента усиления по сравнению со средними частотами оценивают с помощью коэффициента частотных иска- жений Мв — — К ус, ~К юв„(3.9) Рис. З.У Для многокаскадного усилителя сэ„= 1/т,и 1 ! ! ! ! 1 1 1 где Ко,„— модуль коэффнпнента усиления в области высших частот.
Коэффициент частотных искажений в области высших частот для каскада на биполярном тран- зисторе ),Я+ ( ')г где т,= ' + С.й„) Я„, т,-те+ С.(й.)Л„)(1+ Р); 1+уб0 г„- постоянная времени установления коэффициента передачи гока базы, входящая в комплексный параметр ~3 = 1+)сэта' для каскада на полевых транзисторах (рис. 3.10) частотные искажения также определяются по формуле (3.10), где тг = ~lт г+ тиыг тгг = (нг1пг)См твыг =()(с 1 пб)(Сг+ Саг) С,„= С + С (1 + Я ()1, 1 гг )). Верхняя граничная частота г-го каскада гбн по уровню 0,707 оценивается по известной формуле огн ж 1/тгь (3.11) Для многокаскадного усилителя, построенного из 1т идеитичных каскадов, ог, = сгн/)/№ (3.12) В настоящее время широкое распространение получили ми ого каскадные усилители на интегральных ми«росхемах. Усилитель в внде микросхемы каскадируется с аналогичным усилителем с помощью реостатно-емкостных связей или непосредственно.
В первом случае миогокаскадный усилитель можно рассматривать как рассмотренный усилитель с реостат- но-емкостными связями. Нижняя граничная частота такого усилителя определяется номиналами переходных емкостей. а верхняя граничная частота — частотными свойствами самой микросхемы. Как пример рассмотрим высокостабильный усн- Рис. ЗЛО Риг. З.П тн! ~1 (~г + ~1) тн2 ~2 (йвик + ~4) ~2~~4» ты = Сз(йвых+ лт) азат ты = с4(ивьп+ ин) Весьма высокое входное сопротивление каждой микросхемы в этих формулах не учитывается.
В области высших частот усиление ограничивается частотными свойствами микросхем, которые характеризуются частотой единичного усиления Г„Операционный усилитель 140УДб имеет внутреннюю частотную коррекцию. Это значит, что его АЧХ без обратной связи имеет наклон — 20 дБ/дек Поэтому, зная величины Г, и Кс можно построить АЧХ для ОУ. с обратной связью (рис. 3.12).
При этом частота Гм = 100 кГц. Используя формулу (3.12), находим для усилителя, состоящего из трех идентичных каскадов, Г, = Гм/)/3 = 58 кГц. "й ее ее еа ее Справочшах данных на микросхему оказывается вполне достаточно, чтобы рассчитать многокаскадный усилитель с реосгатно-емкостными связями, созданный на основе этой микросхемы. Рис. 3.12 литель, построенный на основе микросхемы 140УДб (рис. 3.11). Это микросхема операционного усилитегш, для которого в справочниках приводятся значения й = 2 МОм, й, 100 Ом, Я. = 1 МГц. Как будет показано в дальнейшем, каждьш икаскад» такого многокаскадного усилителя в области средних частот обладает весьма стабильным коэффициентом усиления К„= 10 за счет включения резисторов йг — йз йз — Йм йз — йэ Для области нижнах частот можно ввести четыре постоянные времени: ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ ЗЛ.
В предварительном усилителе, схема которого изображена на рнс. 3.13, опрелелить номиналы переходных и блокирующих конденсаторов, а также необходимый тнп активных элементов для обеспечения нижней граничной частоты 3„' = = 100 Гц и верхней граничной частоты 7; = 500 кГц. Подсчитать коэффициент усиления в области орел:вих частот. Решение 1. Из условия задачи вытекает, что Мк= 1,41 на частоте г = 100 Гц. Распределим низкочастотные искажения между тремя переходными и двумя блокирующими конденсаторами следующим образом: М„~ = Мнсз = М,нз = 1,02; Мн,эс Мнс з = = 1,15; при этом Мн МнссМнсзМнсзМ РМнсэз 1,41.
На блокирующие конденсаторы вьщелена ббльшая часп* частотных искажений, так как цепи их заряда более низкоомны по сравнению с цепями перез арада переходных конденсаторов. Х Для обеспечения сравнительно высокой верхней граннчной частоты выберем высокочастотный транзистор ГТ305А. Методом последовательчых приближений, воспользовавшись справочными выходными характеристиками этого транзистора, определим режим по постоянному току транзисторов Т, и Т, на рис. ЗЛЗ. Для Е„ = — 10 В получаем У = б В, 1э = 5 мА, 1в = 200 мкА.
В таком режиме транзистор ГТ305А имеет следующие параметры: (1= 25, 7;= 140 МГп„С„= 7 пФ, ге= = 70 Ом, г„= 200 кОм. 3. Определяем номиналы переходных конденсаторов С„ Сз н Сз. Для этого сначала определим величины Л э = й,„э эс + г,(1 + (3) = ге + — (1 + (э) = Чт = 70+ — (1 + 25) = 200 Ом, 25 5 где 1э = 5 мА — режимный ток эмиттера транзисторов Т, и Тз; ср, = 25 м — температурный потенциал при температуре окружающей среды 20'С. Сопротивлениями базовых делителей можно пренебречь, тэээс. 3.33 гак как ООЕ 402 )) 402 653 )) 434 ОФ К001 64022.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
