Гусев - Электроника (944138), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Его коэффициент деления находят аналогично (4.91): э с,л„ вЂ” 1~2 с Уравнение (4.89) получено без учета входного и выходного делителей напряжения и характеризует только отношение приращений напряжений на стоке и затворе. При оценке коэффициента усиления всего каскада (4.89) необходимо умножить на (4.91) и (4.92): К= — ' ' *" " " (493) р л °, (~ м)и с-у С,л,„)оусое,г„' 258 Из (4.93) видно, что при наличии реактивных компонентов (С,, С,, С„) коэффициент усиления существенно изменяется в диапазоне низких частот. Наличие конденсаторов С, или С„приводит к тому, что на низких частотах, когда а5 — О, коэффициент усиления К вЂ” О. Конденсатор С„только уменьшает коэффициент усиления в диапазоне низких частот, При этом К не достигает нулевого значения. В этом принципиальное азличие влияний разделительных (С„С,) и блокировочного С„) конденсаторов на частотную характеристику каскада в диапазоне низких частот.
Прн усилении мелленно менякццихся сигналов разделительные конденсаторы должны о~су~ствовать. Значения С„ С,, С„ определяют исходя из допустимого коэффициента частотных искажений на нижней рабочей частоте (см. () 5.1). При ориентировочной оценке значения С„ можно использовать неравенство 1!(аэ„С„) < (0,2 —.0,25) Я„, где а9„низшая частота усиливаемого сигнала. В диапазоне частот, где сопротивления реактивных компонентов схемы стремятся к нулю, коэффициент усиления тем выше, чем больше сопротивления резисторов Л, и Я„. Поэтому в том случае, когда требуется получить от каскада максимальное усиление, необходимо обеспечить работу его на высокоомную нагрузку и в цепи стока установить резистор Л,. с возможно большим сопротивлением.
Увеличение сопротивления резистора Л,. также повьппает значение фазового сдвига выходного напряжения в области высоких частот. Это обусловлено наличием емкости сток— исток С,„, которая при ˄— 0 шунтирует резистор Я,. Поэтому в диапазоне высоких частот эквивалентное сопротивление в цепи стока, которое следует подставлять в (4.93), У., = Я, 9 Л„1~ 1 ( уаэС,„). (4.94) Возможности увеличения коэффициента усиления путем повышения Я, и Л„ограничены, так как начиная с определенного их значения сопротивление У, будет в основном определяться реактивным сопротивлением емкости С,„.
Увеличение Л, и Я„приводит к увеличению фазового слвига выходного напряжения и повышению частотной зависимости коэффициента усиления. Поэтому чем шире диапазон частот, в котором должен работать каскад„тем меньше должно быть сопротивление резистора Я, и меньше получаемый коэффициент усиления. Знак в — » в (4.93) показывает, что каскад данного типа сдвигает фазу сигнала на 180 . Для определения входного и выходного сопротивлений каскада целесообразно рассмотреть его эквивалентную схему 259 рис. 4.20, б, Из нее видно„что в рабочем диапазоне частот, где 2„- О, выходное сопротивление каскада определяется параллельным включением Л, и А,„'„Ф: Я,„„=Я, (! А,„',ф.
Если У„Ф.О, то учесть его влияние можно пользуясь доказанным положением о том, что введение в цепь истока сопротивления увеличивает дифференциальное сопротивление каскада до значения (Я,„'„Ф+(1+М)У.„~. В этом случае Л„„„= Л,. ~, (Л,.„"„,+(1+ М) К„~. (4.96) Введение в цепь истока транзистора сопротивления У.„ увеличивает выходное сопротивление каскада и делает его комплексным и частотно-зависимым. Входное гопроьчивление каскада определим в полосе рабочих частот, где 2„- О.
В этом случае, если пренебречь влиянием емкостей С„, С,„, от источника сигнала потребляется ток и,„и,„и,„(К ь ~) (4. 97) откуда К.. = 1~, ~~ 1~,. ~~ И.. (К+ 1)1 (4.98) Сопротивление К„уменьшено в К+1 раз потому, что между стоком и затвором приложено напряжение, большее входного в К+1 раз (каскад переворачивает фазу выходного сигнала), Следовательно, ток через это сопротивление больше в К+1 раз, что эквивалентно включению сопротивления, меньшего Я„в К+ 1 раз. Так как сопротивления запертого р-л-перехода достаточно велики, входное сопротивление каскада на полевом транзисторе в диапазоне низких частот в основном определяется резистором Я,.
На повышенных частотах необходимо учитывать емкости С,„, С„и тогда входное сопротивление каскада становится комплексным: ~,„= К, ~~ К,„~! [К„1(К+1) (, (4.99) где ~,„=Я,„$ 1~'(7твС,„); Л„=А„Ц 1~'(/вС„). Комплексный характер входного сопротивления приводит к тому, что если генератор напряжения, подключаемый к входу, имеет внутреннее сопротивление У.„отличное от нуля, то создается частотно-зависимый делитель напряжения, имеюШий комплексный коэффициент передачи. В итоге напряжение С,„ оказывается сдвинутым по фазе относительно напряжения 260 генератора Е,. Значение напряжения и его фазовый сдвиг зависят от частоты входного сит!тая!а: (4.
101) Для переменного тока сопротивление в цепи истока й„)й„- ! (ус!С,)) (!-цгоС я„)Л„ — л,ч-л„+!!(2 с,) !42 с,(к„! л„)' Разделительный конденсатор С выбирают из условия, что в диапазоне рабочих частот выполняется неравенство ) 1/()таС )) « «Я„. Поэтому в этом диапазоне частот сопротивление в цепи истока К„= Л„й„)(й„+ Л„). (4 10З) При подаче переменного входного напряжения (!,„ток стока 1 начнет изменяться в соответствии с этим напряжением, а падение напряжения на сопротивлении У„ будет меняться пропорционально 1 .
Это напряжение Рис 4.2!. Сксмв истовового повторитспя 26! ~/„„= Е, (4. 100) ~,„+И,я !)(!свС,) Таким образом, наличие межэлектродных емкостей приводит к частотной зависимости коэффициента усиления и к фазовому сдвигу выходного напряжения, т, е, из-за их наличия коэффициент усиления становится комплексным. Усилительные каскады с общим истоком обеспечивают получение сравнительно большого коэффициента усиления по напряжению, большого входного сопротивления, так как тс, берется порядка долей †нескольк МОм, имеют относительно высокое выходное сопротивление. В полосе рабочих частот, где паразитпые фазовые сдвиги отсутствуют, фазовый сдвиг, вносимый усилительным каскадом, равен 180'. Они получили наиболее широкое распространение по сравнению с другими типами каскадов на полевых транзисторах. Каскад с общим стоком.
Достаточно часто применяются каскады с общим с~оком, которые обычно называют и стоковыми повторителями (рис. 4.21). В отличие от каскада с общим истоком они имеют коэффициент усиления по напряжению, меньший единицы, повышенное входное и низкое выходное сопротивление. У каскадов этого типа имеется 100'.тв-ная последовательная ОС по напряжению, поэтому они обеспечивают хорошую стабильность коэффициента передачи. Напряжение смещения (тзио, обеспечивающее необходимый статический режим работы, определяется падением напряжения на резисторе А„: вычитается из сигнала (I,„, т. е. имеет место последовательная ОС по напряжению. В результате между затвором и истоком оказывается приложенным напряжение Г,и = ~>„„— 1 Х„. Так как 1сХ„= ЕГ„„„то 1)зи — — 1),„— 1),„„.
Выходное напряженйе каскада найдем исходя из следующих рассуждений. Усилительный каскад с общим стоком эквивалентен каскаду с общим истоком (см, рис. 4.20, а), если в нем сопротивление Я,=О, а С,„-+ О. Тогда изменение входного напряжения сЛУ,„вызовет изменение тока май„„ с = Л,.~. (! Г М) Л Этот ток создает на сопротивлении Я„падение напряжения, которое является выходным для рассматриваемого каскада: (4.104) «(увив = ~11с Я.
= вых Отсюда коэффициент усиления каскада (4.105) Нl„„, МР„ ви,„Л,„,„, ~ (! ч М) Я„ Так же как и в каскаде с общим истоком, при сз-+ 0 все выходное напряжение каскада падает на разделительном конденсаторе Г„и полезный сигнал на нагрузке равен нулю. На переменном токе вместо Я„в уравнение (4.10б) необходимо подставить Х„и учесть частотно-зависимые делители напряжения, имеющиеся на входе (С., Я„„) и выходе (С, Я„), аналогично тому, как это сделано в (4.91), (4.92): 262 К вЂ” "— " ''* 1 '" . (4.107) — ак, я,, (! м)~ г+2 с.„К„! Оас,я' Из (4.107) видно, что коэффициент усиления по напряжению всегда меньше единицы (К < 1) и приближается к пей при !(1+М)Х„~ » Я,„„„ф.
При выполнении этого неравенства коэффициент усиления мало зависит от параметров транзистора и параметров цепи. Следовательно, выходной сигнал по амплитуде и фазе почти повторяет входной. Входное сопротивление у каскада с общим стоком значительно выше, чем у каскада с общим истоком. Это обусловлено тем, что между затвором и стоком приложено только входное напряжение. Соответственно сопротивление Я,„. не уменыпается.
как в каскаде с общим истоком, а между затвором и истоком, потенциал которого повторяет входное напряжение, приложено напряжение, в 1 — К раз меньшее входного напряжения. В итоге сопротивление Я,„создает во входной цепи зок, равный току, который был бы создан сопротивлением Я=Я,„~(! — К). Сле- довательно, входное сопротивление истокового повторителя Я„=Я.,))Я„1'1Я,„)11 — КЦ. Обычно К=095 —:099.
Чем ближе к единице коэффициент усиления истокового повторителя, тем меньше влияние сопротивления Я,„на входное сопротивление каскада. Аналогично уменьшается влияние емкостей С„., С,„и уменьшается сдвиг фаз, вносимый входной цепью. Выходное сопротивление найдем из опытов работы усилительного каскада в режимах холостого хода и короткого замыкания, считая, что С, — со. При холостом ходе 1߄— х) выходное напряжение М Л„(l,„ +(1-хг)г ' При коротком замыкании выхода (Г,„„=О, Я.=О) ток в цепи истока Ус„— — М У,„/ Я,„,„, (4.109) откуда Я„„„= — '" — "' = (4. 110) я,„,„,~р .м)я„' Выходное сопротивление усилительных каскадов с общим стоком, как правило, существенно меныпе, чем у каскадов с общим истоком (4.96).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
