Гусев - Электроника (944138), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Следовательно, уменьшается как выходной ток, так и коэффициент усиления каскада. СООтВЕтСтВЕННО В 1+Ьа,эУб Раэ УМЕНЬШаатСЯ КОЭффИЦИЕНт усиления каскада «21 1+Ь21э 1б ~~в+~в» (4.124) , »ан1«, «кй) '" Гг «„, «141 «к, а) Рис. 4.24. Эквивалентная схема каскада с ОЭ для области низких часто1 (и); влияние переходной емкости Сэ 16) и эмиттерной емкости С, (а) на коэффициент усиления каскада 268 и увеличивается его входное сопротивление. Наличие внутренней ОС учитывают при подробном анализе работы каскада.
При прикидочных расчетах, широко применяемых в инженерной практике, внутренней ОС пренебрегают и считают, что весь коллекторный ток протекает в цепи эмиттера. При полном анализе приходится учитывать и сопротивление коллекторного перехода г'„„„ф. В него ответвляется часть тока Ь 2 „1, что приводит к умены пению коллекторного тока. Однако в большинстве случаев эта поправка невелика. При необходимости ее оценку можно сделать с помощью полной эквивалентной схемы. Эквивалентная схема для области низких частот (рис.
4.24, а) учитывает разделительные конденсаторы С,, С и конденсатор С„шунтирующий эмиттерный резистор. Сопротивления целителя тт1, А для упрощения анализа в эквивалент- ной схеме не учтены. Сопротивление конденсатора С, можно отнести к внутреннему сопротивлению генератора Л,: У, = Я«+ 11( уев С, ) =(утоС, Я„+ 1) !(7аэС, ). (4.125) В операторном виде выражение для сопротивления генератора имеет вид У„(р)= — (1+РС,Я,)1(РС,)=Я,(1+рт,)/(рт,), (4.126) где т,=С,Я,.
Если емкость конденсатора С отнесем к сопротивлению нагрузки Я„„ то получим значение сопротивления нагрузки в комплексной форме; «.„=Яб+1((7твС,)=(1+утвСтЯб),'(1шС,). (4.127) В операторном виде оно равно н (Р) =(1+РСт Ян)!(РСт ) = Я„(1+ртз)1(рт, ), (4.128) гле т,=С,Я„. Сопротивление в цепи змиттера Л =-г' + " ' — = — '«я..'- ' 9 ' ''"а (4129) — л,-б ы(уис,) 1 ьуб с,л, В операторном виле из которого видно, что вхолное сопротивление в области малых частот (больших времен) увеличивается.
Действительно, если вместо р подставить амтв и рассмотреть случай, когда бл -«О, то входное сопротивление будет иметь наибольшее значение: Яб« =гб+(1+««21«)(~«иф+Я«). (4.132) Коэффициент усиления по напряжению получим, подставляя вместо Я, Я, и Я,„их значения в операторном виде в области больших времен: ь;„,(Яб ~~ кб(р)) Л,(Р)+г„,(7«) ' (4.133) зб9 ~ «Ф 1-';рГ; ~ ( )="" ")"'--~" " =( Я ) "— "" (413О) Для того чтобы установить влияние конденсаторов С,, С, и С„ в выражения, полученные для каскада, работающего в области средних частот, вместо соответствующих значений активных сопротивлений подставим их значения в операторном виде. Входное сопротивление будет опрелеляться выражением У,„(р)=гб+(1+Ьы«)(г,"„ф+Я.,) " ' ' " "'- -' ' "', (4.131) Так как подстановка в общем виде значений сопротивлений приводит к громоздким выражениям, рассмотрим частные случаи, дающие представление о влиянии емкостей.
1. Предположим, что С, — зэ и па рассматриваемом участке У„,(Р) = Л,„. (4.134) Тогда э ( )+э ( )» (1+ЦР)+й 1+РГЗ Л РГ~Дд рц Р (4,135) где т4 = С, (Я„+ й,„); й„ 1»рс,д„ К4„(р) РС А„А„А„4Р„1-~-рт д„-;-4„(р) 14-рс,л„( л„-я„л„1-,рт, Рс~ (4. 136) где т, = Сз ()г„+ и„). С учетом (4.135), (4.13б) уравнение (4.133) примет вид ) К „( +Р ь)Р~4 (4.137) (1»рг,)(1 — рх,) где у =(Л„+ Я,)1Я„; ʄ— коэффициент усиления в области средних частот.
Выражение (4,137) позволяет оценить изменение коэффициента усиления на низких частотах по сравнению с его значением на средних частотах. Если предположить, что и С вЂ” гэ, ~о Ки (Р) = Киа Р'4 !(1 +Рт4) (4.138) Оригиналом такого операторного выражения является К„(г) = К„, е ' "' . (4.139) Следовательно, при подаче на вход искачка» напряжения коэффициент усиления каскада равен коэффициенту усиления на средних частотах, Затем напряжение на выходе начинаез уменыпаться по экспоненциальному закону (рис. 4.24, б).
Чем больше постоянная времени т4, тем меныпе величина спада и тем точнее каскад передает форму импульса, Так как в транзисторных каскадах входные сопротивления невелики, то т увеличивают за счет увеличения переходных емкостей, значения которых достигают десятков и сотен мкФ. Очевидно, что указанные емкости ограничивают нижнюю рабочую частоту, на которой обеспечивается заданное значение коэффициента усиления, ло 2. Теперь предположим, что С, — со и С, — ос, тогда ь;„[л„~! л„] л, +~,„(р) ПРеобРазУем выРажение Ли+2,„(Р): Лг + ~э» (Р ) = Лг + (16+ (1 + )2 2 1 э ) (~э иф+ Лэ ) — — — — — (4 141) 1-рС,Я, ИЛИ Лг+2иг(Р)= — Лг+Гб+(1+1121э) Гэ „ф+ — — =(Л,+ +Л,„)+(1+й;,э) Л,7(1+рС,Л,). Тогда коэффициент усиления (4.! 40) К„(р) = К„„ ! '! (! ! 7121э "') Л, + Л,„1+ р С,Л, (4.142) (4. 144) 27! Из уравнения (4.142) видно, что коэффициент усиления каскада меняется в зависимости от частоты.
В диапазоне низких частот он значительно меныпе, чем в диапазоне средних частот. Это легко может быть проверено путем замены р на )го. Если пренебречь единицей в члене (1+рСэЛ,) (что не вполне правомерно, но позволяет наглядно уяснить влияние С,), то после преобразований получим "'Р' "'1+ С (Л+Л )!(1+6;„)' К,(Р)= К„„Рт,гг(1+Рт,), где тэ = р (Л, + Л„„) С, 7'(1 + 12 2,, ). Оригинал данного операторного выражения К„(2)=К„,е "'. (4, 145) Емкость конденсатора С, при прочих равных условиях должна быть значительно больше переходных емкостей, так как из-за члена (1+ Ь 2 „) в знаменателе т, значение этой постоянной времени при малых Г, невелико. Ее приходится брать равной сотням --тысячам мкФ. Из переходной характеристики (4.145) следует, что в первый момент после «скачка» напряжения влияние С, несущественно и каскад ведет себя так же, как и в диапазоне средних частот (рис.
4.24, «). По мере зарядки конденсатора Г, эмиттерный и входной токи уменьшаются, причем зги изменения в первом приближении происходят по экспоненциальному закону. В пределе при больпюм г конденсатор С., зарядится полностью и гок через него станет равным нулю. Сопротивление в эмиттсрной цепи вместо г,'„примет значение (г,'„+ Л.,) и выходное сопротивление каскада сганет максимальным. Слелуез обратить внимание на принципиальное отличие влияния на каскад конленсатора С, по сравнению с влиянием конденсаторов С,. С,. При зарядке конденсаторов С,, С, соответствующие токи во входной и выхоцной цепях прекращаются полностью. При зарядке конленсатора С, ток базы, эмиттера и выходное напряжение, хотя и уменьшаются, все же осгаются отличными от нуля.
В резулыаге этого каскад сохраняет усилительные свойства. Таким образом, низкочастотную часть характеристики усилителя опрелеляюг разделительные и блокировочные конденсаторы. Оцпако если одна из постоянных времени т значительно меныпе всех остальных. то можно считать, то именно она в основном определяет низкочастотную часть характеристики усилителя. Тогда при усилении импульсных сипгалов определяют необходимое значение соответствуюгцей постоянной времени исходя из требуемого относительного спада вершины Х = ~К„с — К,(() ], К„„за время действия прямоугольного импульса длительностью г„„„.
При этом пользуются упрощенным уравнением (4.146) г„„„(' т. Если необходимо учитывать несколько постоянных времени, так как по условиям работы они близки по значению, то при прикидочных расчетах их считают равными. В этом случае резулынрующий спад вершины (4.! 47) э = гим.1'сп гце т,„-т,'т (т постоянная времени пепи, влияние которой на спад вершины и оцениваем; ьч количество цепей, имеющих постоянную времени т).
Такая оценка значсний постоянных времени является приближенной, но позволяет ориентировочно определить, какие значения реакгивных компонентов следует использовать. При этом можно пользовагься и упрощенным соотношением. определяющим нижнюю рабочую частоту каскада, определенную на уровне 0,7; ы„-гльэ„где сч,=-1,:т. В эквивалентной схеме в области высоки;г чигчпот (рис. 4.25, и) необходимо учитывать емкость коллекторного перехода С;. Кроме того. при анализе следует помнить, что в диапазоне малых времен й;,, являегся операторной величиной: А)~,(Р)=й»~, (1+Ртэ) 272 в ч б Ф ки и, К„'в хг((кх г, э Ваяв а) Рис. 4 25 Эквивалентная схема каскада с О"Э для области высоких частот (а); изменение выходного напряжения при подаче ступеньки напряжения (о); частотная характеристика уснлигельного каскада (в) где (гхтв — коэффициент передачи базового гока на средней частоте; т = 1,1(2пта, ) ((в ° предельная частота коэффициента передачи тока биполярного транзистора), Следовательно, г„, С'„ и г'„„и зависят от времени и являются операторными величинами.
Оригинал изображения (т*а „(() имеет вид (г;г,(г)=)г;г,(1 — е '"в). (4.148) 273 Ограничимся качественной оценкой процессов, происходящих в области малых времен. Пусть задана ступенька входной ЭДС. Тогда в первый момент времени ток базы определяется суммой сопротивлений Аг+г.в вРгв, а С; и г', равны соответственно С„и г„. Сопротивление гт„'( тт„оказгявается присоединенным параллельно г, через С„и на выходе имеет место небольшой скачок напряжения за счет непосредственного прохождения сигнала, причем его полярность совпадает с полярностью напряжения е, (рис. 4.25, 6). По мере нарастания Ьх,, увеличивается ток коллектора часть кочорого из-за наличия внутренней обратной связи ответвляется в цепь базы и уменьшает общий ток последней. Эго способствует более быстрому завершению переходного процесса.
При возрастанли коэффициента (тт„емкость С'„увеличивается, а сопротивление г'„уменьшается. Значит, все большая часть тока (гх г, г ответвляется в цепь У*„. Это ослабляет обратную связь и затягивает переходный процесс. Используя соответствуюгцие соотношения, можно провести количественный анализ в диапазоне малых времен. Из сказанного ясно, почему усилительный каскад имеет разный коэффициент усиления в различных участках частотного диапазона и его частотная характеристика имеег вид, показанный на рис. 4.25,н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
