1629382645-b4e04346f8103ace08f21d88eab88aa5 (846433), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Поэтому полюс на коллекторе оказывает несущественное влияние на ~„схемы, Однако на частотах, близких к частоте коллекторного полюса, коэффициент усиления схемы падает на 12 дБ на октаву в результате суммарного эффекта полюсов, обусловленных цепями базы и коллектора. Пример 7.15 Определить частоту полюса на коллекторе в схеме на рис. 7.5, если общая коллекторная емкость равна 10 пФ. Решение ГЛАВА 7 Диапазон рабочих частот усилителя определяется как частотный диапазон между ~, и ~н и был показан на рис. 7,1. Но в большинстве схем ~„много больше А, поэтому диапазон рабочих частот усилителя часто принимается равным значению,~„.
Как правило, увеличение коэффициента усиления усилителя сопровождается уменьшением ширины полосы частот; таким образом, произведение коэффициента усиленич на ширину полосы частот, или произведение коэффициента усиления на средней частоте на ~„, имеет тенденцию оставаться постоянным. Для усилителя на биполярном транзисторе коэффи- циент усиления равен д Р,, но, с другой стороны„емкость Миллера тоже АЧХ УСИЛИТЕЛЕЙ 269 Пример 7.17 Определить нижнюю частоту полумошности („для схемы на полевом транзисторе с управляюшим рл-переходом и с фиксированным смешением (рис. 7.18).
Решение Так как 7' зависит только от ле и С, согласно (7.4), имеем ! 1 1 .(с — — з, — 0,159 Гц. 2л)!сС 2л !О' Ом 10 ' Ф 2л Схема с фиксированным смещением требует дополнительного источника питания для смешения на затворе, но можно получить очень низкую Г„, как показано в примере 7.17. у -гав 1а в» юа о ао юа о Схема с автоматическим смещением, представленная на рис.
7.19, повторяет рис. 5.17. Нижняя частота этой схемы зависит и от разделительного конденсатора, и от развязываюшего конденсатора в цепи истока С . В большинстве случаев АЧХ определяется истоковым развязываюшим конденсатором, а влияние разделительного конденсатора можно не учитывать. Влияние истокового развязываюшего конденсатора на низкочастотную область можно определить из (5.7), полученного в гл. 5 для полевого транзистора с управляющим рл-переходом с резистором в цепи истока без развязываюшего конденсатора: А,= — д ЯрД1+д лз). На низких частотах, когда влияние истокового конденсатора велико, е., может быть представлено параллельной комбинацией Я и С: К,=Л,!!С,= )сз'(!нтСз) 7! ч- 1!зСз Проведя алгебраические преобразования, получим А„(а + 1!Я С ) х ч-(1 ч- д Яз)(АзСз (7.16) Рис.
7.18. Схема на полевом транзисторе с управляющим рл-переходом и с фиксиро- ванным смещением к примеру 7.17. Рис. 7.19. Схема на полевом транзисторе с управляющим рл-переходом и с автомати- ческим смещением. 270 ГЛАВА 7 где А„= — д„Яр — коэффициент усиления транзистора на средней частоте. Из (7.16) следует, что АЧХ в области нижних частот имеет нуль при7 = 1/2х Л С, и полюс при 7'= (1 + д„Я )/2лЛ Сх.
Эта формула имеет такой же вид, как и (7.7) для АЧХ в области нижних частот усилителя на биполярном транзисторе с развязываюгцим эмиттерным конденсатором; следовательно, и АЧХ аналогична изображенным на рис. 7.7 или 7.10. Пример 7.18 Определить АЧХ схемы на рис. 7.19 в области низких частот. Принять д = 0,002 См, как определено в примере 5.12. Решение Используя (7.16), находим А, = д Ла — — 0,002 См. 1500 Ом = 3, 1 1 103 х! — — — = 63,7 Гц, 2к)1хС, 2я 500 Ом 5 мкФ 5 с 1+ д )! 1+ 0,002 См 500 Ом 2 10з Р! 127,4 Гц.
2яйхСх 2п.500 Ом.5 мкФ 5 с Заметим, что полюс и нуль в усилителе на полевом транзисторе расположены намного ближе, чем в усилителе на биполярном транзисторе. Уравнение (7.16) имеет вид уравнения (7.8), поэтому программа на рис. 7.8 может быть использована для расчета АЧХ в данном случае.
Результаты представлены на рис. 7.20. 127.4, 63.7 3.0 а. Входной файл ВХОД ПОЛЮСА И НУЛЯ В ГЕРЦАХ ВВОД КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ ИЛИ ВЕЛИЧИНЫ КОЭФ. УС (лБ) УГОЛ члст КОЭФ. УС 6. Выходной файл Рис. 7.20. Выходная распечатка дпя примера 7.!8. 10 20 50 70 100 200 500 700 1000 2000 5000 1. 51372 !.553!7 !.77508 1.95327 2.! 962 2.65549 2.9306! 2.96371 2.98198 2.99545 2.99927 — 5.94154 — 5.7! 802 — 4.55804 — 3.72719 — 2.70897 — 1.05952 †.203259 †.!05709 —.523367Š— 01 †.! 3 1 8 34Е-О! —.2!1359Е-02 4.43369 8.50898 16.7011 18.9111 19.3734 14.8304 7.0344 5.11532 3,61555 1.82056 .729674 АЧХ УСИЛИТЕЛЕЙ 271 Схема ~рис. 7.19) на полевом транзисторе с управляющим рл-переходом была проверена в лаборатории.
Было установлено, что результаты почти точно совпадают с результатами на выходе компьютера (рис. 7.20). На рис. 7.21, а показан усилитель на полевом транзисторе с управляющим рп-переходом. Паразитные емкости транзистора ~нарисованы голубым цветом) оказывают влияние на высоких частотах. Это емкости: С6, Емкость затвор — заземление, включающая емкости всех проводников 272 глава 7 Пример 7.19 В схеме на рис.
7.22 полевой транзистор имеет С, = 6 пФ, Со =4 пФ, С, = 1 пФ и д = 1000 мкСм. Определить АЧХ схемы, если А; равно 100 Ом; 10 000 Ом; 1000 Ом. ь у„, Як выо у,„ ~но Рис. 7.22. Схема к примеру 7Л0. Решение В каждом случае сопротивление и емкость на выходе примерно одинаковы: Ар — — 10000 Ом, Св~ Соо + Сод = 4 пФ + 1 пФ = 5 пФ. Следовательно, выходной полюс соответствует частоте 1;, = 1!2л АС = 1!2к 10000 Ом 5 пФ = 3,18 МГц.
Коэффициент усиления равен Акоп — — д,„Ар — — 0001 См.!0000 Ом = 10, тогда емкость Миллера С„= (1 + А„! С о — — 1! 4 пФ = 44 пФ. Входная емкость равна Си+ С, = 44 пФ+ 6 пФ = 50 пФ. Когда А,. = 100 Ом, входное сопротивление равно 100 Ом ~ ! 1 МОм = 100 Ом; следовательно, Гн = 1/2к АС = 1/2я. 100 Ом. 50 пФ = 3! 8 МГц. Здесь выходной полюс явно доминирует, ион = 31,8 МГц. Когда А,. = 1О кОм, входное сопроз.ивление равно 10 кОм ~ ! 1 МОм - 10 кОм; следовательно, Я„= 172к АС = 1/2к 10000 Ом 50 пФ = 318 кГц.
Здесь явно доминирует входной полюс, и Гн — — 3!8 кГц. Когда А, =!кОм, и входной, и выходной полюса находятся на частоте 3,18 МГц. Ни тот, ни другой полюс не доминирует, но АЧХ иа любой частоте всегда может быть определена перемножением коэффициентов ослабления, вызванных влиянием каждого из полюсов.
Например, на частоте 3,18 МГц коэффициент усиления равен половине коэффициента усиления на средних частотах 0,707 0,707 и уменьшается на 12 дБ на октаву. АЧХ УСИЛИТЕЛЕЙ 7,8. АЧХ ~йо~ок~~~~ц~~йго у~йлй~йлй Многокаскадные усилители обсуждались в гл. б„где были рассмотрены методы вычисления их коэффициентов усиления на средних частотах. Там же было показано, что катадный усилитель — это усилитель, состоящий из нескольких ступеней (каскадов); используется он в основном для увеличения коэффициента усиления схемы. Однако каждый включаемый каскад имеет свое собственное частотное ограничение, поэтому ширина полосы частот много- каскадного усилителя всегда меньше, чем ширина полосы частот каждого каскада схемы в отдельности.
Типичный каскадный усилитель имеет несколько полюсов и нулей, которые 274 ГЛАВА 7 На основании этого А (800 кГц) = 1000 0,707 0„781 = 553, В многокаскадном усилителе полюса и нули каждого каскада следует вычислять при соединении этих каскадов, чтобы учесть их взаимодействие. Прямой подход к определению АЧХ усилителя приведен в примере 7.21. Итак, на частоте 800 кГц коэффициент усиления схемы составляет 55'/о от коэффициента усиления на средней частоте. Ачх усилителей 275 1в — — 50 мкА; 1с "Г(в 5мА 1»„= 30 1>;А1< — — 300015 = 600. К счастью, схемы смещения обоих транзисторов идентичны, и, таким образом, вычисления применимы для обоих транзисторов.
Для определения коэффициента усиления каждого транзистора нужно найти сопротивление, эквивалентное в цепи коллектора. )>> > = )!С> ! ! Ав> ! ! 1>еы = 1200 Ом (! 2000 Ом ! ! 600 Ом = 333 Ом, )1> = 1800 Ом (! 600 Ом = 400 Ом, — Ь „Лы — !00 333 Ом А,.„„, = > — ' — "'= —.
— = — 555, 1>ь. 600 -1>Г„Я» — !00 400 Ом 1>,„600 Для определения коэффипиента усиления схемы воспользуемся (4.11); в>в 1>> 1>>. 1> + 1>>» 1!>„для перво~о каскада схемы равно 500 Ом (! 2500 Ом )! 10 кОм = = 400 Ом. Помня, что схема Тевенина рассматривается в обратном направлении от гочки А, запишем ~'~ь)гв„= 1(в1(1(в + 1(,) = 2000 Ом/2500 Ом = 0,8, А нм = 0,8 '( — 100 333 Ом(1000 Ом) = — 26,64. Полный коэффициент усиления схемы А,.ь„> — — А, н»~'А ~ ») = — 2664 — 66,7 = !777 Теперь вычислим АЧХ в области нижних частот. Согласно (7.7), полюс АЧХ в области нижних частот соответствует частоте 1>, 1!> + )1,„+ 1>„, !00 Г>40 Ом+!000 Ом 2л (1>„, -Е )!и,! )!ь Св 2л 1000 Ом 640 Ом 10 мкФ 65 000 = 1616 Гц.
2л 6,4 Нуль АЧХ соответствует частоте 7' = !!2л )!> Г'в = 10",2л 640 = 26 Гц. Эта частг>та настолько ниже частоты полюса, что ею можно пренебречь. Полюсные частоты, обусловленные разделительным конденсатором, также очень низки по сравнению с 1616 Гц и ими тоже можно пренебречь, Я,„для транзистора второ>о каскада равно 1!в ! ! 1!С> = 2000 Ом ! ! ! 200 Ом = 750 Ом. Теперь можно вычислить по (7.7) частоту полюса для этого транзистора: 100 640 Ом + 750 Ом -Е 600 Ом 65,350 /»вЂ” — !200 Гц.
2л 1350 Ом. 640 Ом !0 мкФ 54,2 н 276 ГЛАВА 7 Определим коэффициент усиления на часто~с 1000 Гц: 1 "-К~ Г„.т -Ю,,Ю Аьн 1 — — — — — — 1777 0,526. 0,638 = 596. (1 + /1 616!! 000) (1 + /1206!1000) Оба коэффициента ослабления, 0,526 и 0,638, были определены с помощью программы ЭВМ (рис. 7.4). Коэффициент усиления этой схемы на частоте 1000 Гц составляет около 1!3 коэффициента усиления на средних частотах, в основном в результате влиянии развязывающих конденсаторов в цепи эмиттера. Для улучшения АЧХ в области нижних частот емкость эмиттерных конденсаторов должна быть больше, чем 10 мкФ. АЧХ в области высоких частот вычисляется в следующем порядке: 7~ = 250 МГц' .1в =7т/Ьг.
= 250 МГц/100 = 2 5 МГц' 1 1 ь' ь ' 2к 77 Г 2я.600 Ом.2 5 10ь Сь „=!02 пФ; Си — — (1 + А,Гнг) Сь„= 56,5 4 пФ = 226 пФ; Ст иьшнл — — См + Сь, + С„= 8 пФ + !02 пФ + 226 пФ = 336 пФ Эквивалентное сопротивление 1(ьо — — !1в ! ~ Яь ~ ! )гн = 500 Ом ! ! 2000 Ом ~ ! 600 Ом = 240 Ом, ! 10'г гр гн~— 1,97 МГц. 2л)1 С 2л.240 Ом 336 пФ ПРи межкаскадном соединении междУ тРанзистоРами ь2, и ь"г См = (1 -1- А„, в„г,) Сы = 67,7. 4 пФ = 271 пФ, Сг( ь .
ы = г ь, + Си + С;, + Сь, = 8 пФ -ь 271 пФ + 5 пФ + 102 пФ = 386 пф, 7!во = 77 г ! ! Рв ~ ! 7!с, — — 600 Ом ! ! 2000 Ом ! ! 1200 Ом = 333 Ом, Гвгн = 172я. 333 Ом 386 пФ = 1,24 МГц. На частоте 1 МГц АЧХ в области высоких частот имеет коэффициент усиления ! (! +,К/1вгн)(1 + 1ь(Увго) 1 = 1777. (1 +71 МГц!1,97 МГц) (1 -ь /1 МГц/1,24 МГц) А„. = 1777.0,891 0,7!8 = 1232. "ч ьнь Коэффициент усиления всей схемы уменьшается примерно на 3 дБ на частоте ! МГц, АЧХ других типов двухкаскадных усилителей, например двухкаскадных усилителей на полевых транзисторах с управляющим рн-переходом или на биполярных транзисторах, управляющих эмнттерным повторителем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
