Гусев - Электроника (944138), страница 60
Текст из файла (страница 60)
В области низких частот уменьшение коэффициента усиления обусловлено влиянием разделительных и блокировочных конденсаторов, входя(них в состав каскада. В области высоких частот уменьшение коэффициента усиления связано с инерционными свойствами транзистора, а также с тем, что емкость коллекторного перехода оказывает шунтирую!цее действие. С помощью приведенных уравнений легко определить параметры усилительных каскадов с ОЭ. Так, например, если С»=0, Лв»=14+(1+2121»)(!»"»4-1-2б,); Л, — » 0; !б ««Ь',' !121» » 1 то коэффициент. усиления по напряжению (4.118) (4. 149) Из (4.149) видно, что при большом сопротивлении в эмиттерной цепи (Р, более 500 Ом — ! кОм) К„можно оценить отношением сопротивлений, включенных в коллскторную и эмиттерную цепи транзистора.
Коэффициент усиления транзистора по току равен !12„. Это максимальное усиление по току К„которое можно получить от каскада. В большинстве схем К, каскада меньше й2„(К! < 62„) из-за гого, что часть входного гока ответвляется в делитель Л»эх2, а часть выходного !.ока протекает через резистор эб„. Таким образом, усилительный каскад с общим змиттером; 1) позволяег получить наиболее высокий коэффициент усиления по напряжению (десятки единиц) и большой коэффициент усиления по току (десятки единиц); 2) имеет невысокое входное (несколько сотен Ом десятков кОм) и относительно большое выходное сопротивления (несколько кОм сотни кОм); 3) имеет узкий диапазон частот. в котором обеспечивается равномерное усиление по сравнению с усилительным каскадом, собранным по схеме с ОБ; это обьяспяется тем, что емкость коллекторного перехода С„" в 1+!1;1» раз больше С„» а ко- 2»21 б эффициент 122„= — — с увеличением частоты уменьшается 11 21б ! в раз быстрее, чем 62, б в схеме с ОБ; 4) вносит !121 б фазовый сдвиг !80" в диапазоне средних (рабочих) частот.
я 4.6. УсилительныЙ кАскАД нА БипОлЯРнОм ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩЕЙ БАЗОЙ Усилительные каскады с общей базой (ОБ) (рис. 4.26, а) используют реже, чем каскады с общим эмиттером и общим коллектором. На рис. 4.26, 6 представлена упрощенная эквиваленп!ая схема для области средних частот. Так как сопротивление резистора эх, имеет значение на порядок больше входного сопротивления каскада )х,„, в малосигнальпой эквивалентной схеме оно опушено.
При выводе уравнений также будем пренебрегать сопротивлением г„,„ф, потому что опо достаточно 274 !Гбн» б/ Рис. 4.26. Усилительный каскад с общей базой (а) и его упрощенная эквивалентная схема для области средних частот (б) велико (г„я„е) 1Оа Ом). Статический режим работы каскада ничем не отличается от рассмотренного в ~ 4Э, 4.4, так как ток коллектора задан потенциалом базы Е, и резисгором Аа При этом следует отметить, что в схемах, применяемых на практике, ток коллектора задается с помошью резистивного делителя напряжения в цепи базы.
Поэтому с точки зрения режима большого сигнала каскады с ОБ, как правило, ничем не отличаются от каскадов с ОЭ. При этом по переменному току цепь базы «заземляют», соединяя ее с обшей шиной через конденсатор большой емкости. В режиме малого сигнала каскад на рис. 4.26, а и каскады, используемые на практике, полностью эквивалентны. Как следует из эквивалентной схемы, и,„=(,г„„а+1,(! — Лама) х х г',; (,„=г',. Преобразовав это уравнение, получим выражение для входного сопротивления каскада Ввх ня*!гак гэяис+г1 В 216) г б (4.150) Так как 6а$,а 0,9 —:0,999, то (1 — нага)га мало. Можно считать, что входное сопротивление определяется значением сопротивления г„„е. Следовательно, входное сопротивление каскада чрезвычайно мало (практически не превышает нескольких десятков Ом) и по меньшей мере в 1+6 ~~г, раз ниже входного сопротивления каскада с ОЭ.
Выходное сопротивление как и у каскада с ОЭ определяется значением резистора Я„ггри небольшом его значении (Я„сс г„,„): (4.151) Если В, соизмеримо с г„„, то Так как г„„„~ — — (! + А ~, ч) г„*а„, то максимальное выходное сопРотивление У каскада с ОаБ в 1+Ьа„Раз больше, чем у каскада с ОЭ. 275 Коэффициент усиления по ггегпряэгсеггию гг2161 (Я г)Я ) е 1,(я,-г-Я„„) Я,+Я„„ (4.153) Этот коэффициент существенно зависит от сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника сигнала. Для получения высокого значения коэффициента усиления необходимо, чтобы Й, — О, а Йн было достаточно велико. Если сопротивлением нагрузки является входное сопротивление следующего каскада с ОБ, полностью аналогичного предыдущему, коэффициент усиления по напряжению будет меньше единицы: К„=1221бй,„/(Й,+Й,„)<1, Для получения значительного усиления от рассматриваемого каскада необходимо, чтобы он работал па высокое сопротивление нагрузки, что можно получить с помощью согласующего трансформатора.
Из упрощенной эквивалентной системы следует, что коэффициент усиления по току К, = г'„/ г„ (4,154) где г гЙ г б (Й гг Й )гЙ 221бг Й г(Як+Я Отсюда Кг 'г 21бйк1(Як+Як)' (4.155) Коэффициент уеи;гения гго току не может превьппать значений гг 2*1б и всегда меньше единицы (в схеме с ОЭ он значительно больше единицы). Существенной особенностью каскада с ОБ является то, что он не изменяет фазу усилнваемого сигнала, так как знаки приращений входного и выходного сигналов одинаковы.
Внутренняя обратная связь, которая также существует при данной схеме включения, будет не отрицательной, как в схеме с ОЭ, а положительной. Это обусловлено тем, что одна часть тока от генератора ггзгбг„ггротекая через гб, уменьшает падение напряжения на этом сопротивлении, а другая, проходя через резистор Й„увеличивает входной ток и соответственно коэффициент усиления.
Учесть обратную связь можно способом, аналогичным примененному при анализе схемы с ОЭ, т. е. введя коэффициент внутренней обратной связи у„: Уэ г бг (Й + г экнф+ г б) (4.156) Частотные и переходные характеристики каскада с ОБ значительно лучше соответствующих характеристик каскада с ОЭ. Это обьясняется тем, что постоянная времени коэффИцИЕНта т„ирнбЛИЗИтЕЛЬНО В 1+122„раэ МЕНЬШЕ ПОСтОяННОй времени для схемы с ОЭ, емкость коллекторного перехода Ск также пРиблизительно в 1+гг*гг, Раз меньше Г„*. ВлиЯние 276 разделительных конденсаторов С,, О на частотные характеристики полностью аналогично рассмотренному З 4.5.
Усилительные каскады с ОБ, как правило, использунп для работы на повьппенных частотах и для усиления импульсных сигналов, где необходима хорошая переходная характеристика каскада. Нелинейные искажения в каскаде с ОБ меныпе, чем в каскаде с ОЭ. Э ~ о обусловлено значительно меньшим изменением коэффициента Ь ~л, „при изменении тока, протекающего через транзистор. Таким образом, каскад с ОБ характеризуется: 1) малыми нелинейными искажениями„2) хорошими частотными и переходными характеристиками; 3) низким входным (десятки Ом) и высоким выходным (единицы --десятки МОм) сопротивлениями; 4) коэффициентом усиления по току, меньшим единицы (Кк= 0,8 —:0,9); 5) коэффициентом усиления по напряжению, зависягцим от сопротивления нагрузки. 9 4.7.
УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАлл НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ Усилительные каскады с общим коллектором больше известны как эмиттерные повторители (рис. 4.27,а). По своим основным характеристикам они близки к истоковым повторителям. Анализ их статического режима ничем не о~личается от рассмотренного в З 4.3, 4.5. Эквивалентная схема эмиттерного повторителя для диапазона средних частот приведена на рис, 4.27,6.
Входное сопротивление каскада можно найти из эквивалентной схемы или из выражения входного сопротивления для схемы с ОЭ путем замены в (4.!13) сопротивления гэли на [г,и,„е ! (г.,*л„4+лк,:! В„Ц: элки = гб+(1 +В ллэ э) [гклиф ! (лилие+)1э !~ )1иЦ (4.157) Так как обычно г„„е«Я, !! )1„. то Акк= ли+(1+6 2ээ) [гклив !! )1э !! )1и1. (4.158) В большинстве случаев г„,и можно не учитывать. Однако его наличие накладывает принципиальное ограничение на значение входного сопротивления. Если увеличивать сопротивление )1,!! й., то даже при В, ' Я„»г„*„„е входное сопротивление КаСКада НЕ СМОжЕт ПрЕВЫСИтЬ ЗНаЧЕНИя Г,иие — — Г„*„„е(1+6 ~7„).
Обычно в практических схемах Я,„достигает 200 300 кОм при сопротивлении 71,=10 кОм в режиме холостого хода. Входное сопротивление не остается постоянным, а меняется в зависимости от сопротивления нагрузки. Значение входного сопротивления ограничено сопротивлением делителя в цепи базы. Для обеспечения хорошей 277 а) нэ ки г) бикс Рис. 4.27. Схема эмиттсрного повторителя 1а), его эквивалентная схема для области средних часто~ 1г7) и для области высоких частот 1е), переходная характеристика эмиттерного повторителя (г) температурной стабилизации экелательно, чтобы Л,,", ,:Лэ < Л, (см. З 4.3).
В то же время для обеспечения высокого входного сопротивления требуется, чтобы делитель не шунтировал входное сопротивление каскада, т. е. А, ~ А >А„„=эг ~, э(А,1 А„). 11озтому иногда приходится либо использовать непосредственную связь с источником сигнала (без делителя), либо искусственно повьппать сопротивление цепи смещения за счет введения отрицательной ОС 1см. далее). Входное сопротивление змитгерного повторителя уменьшается при коротких импульсах и при повышенной частоте сигнала. Это обусловлено инерционностью процессов в базах транзисторов 7г ~ г, —— -7'17), а также наличием коллекторной и нагрузочной (в общем случае) емкостей. Выходное сопротивление найдем исходя из следующих соображений. Пусть ег=О, а напряжение в точке А 'грие.
4.27, 6) равное е. Тогда ток в цепи базы г, = е!1Л„+ ге). В цепи змиттера протекает ток 1,=1в1! +)ге„). Таким образом, внутреннее сопротивление источника ЭДС е, вызывающего ток г'„формально определяют из выражения с)гт кАг+Гв)/(1+/72!э). (4.159) Теперь, учитывая, что сопротивления г„",„4 и Л, незначительно изменяют выходное сопротивление, можно записать окончательное выражение лля выходного сопротивления: 278 (4.162) 1н11 (1+'221э) Л,)) Яннн„„б (4. 165) За счет болыпого усиления по току происходит усиление мощности. 229 Я г Ф+(Я +гн~11(1 +Яэн ) (4. 160) В частном случае при достаточно большом значении коэффициента передачи базового тока 12 2,, и низкоомном источнике входного сигнала вторым членом можно пренебречь и Я, „ г„н .
Так, при токе порядка 1 мА выходное сопротив- ление порядка 25 Ом (Я, — 0; 122!э» 1). С увеличением рабочего тока г,„н уменьшается и соответ- ственно уменьшается выходное сопротивление. Минимальное выходное сопротивление (при гэ,„ф-0 и Яэ=О) Янь~энэ1н 1б1(1+ 2212) (4. 161) может составлять 0,2 — 2 Ом. Важно подчеркнуть, что выходное сопротивление сущест- венно зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала, причем можно показать, что при Я,— со Я,„„,„г„*,нф)) Я,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
