ДОСЛІДЖЕННЯ Резисторно
підсилювальних каскадів
ОСНОВНІ УМОВНІПозначення і скорочення
АЧХ - амплітудно-частотнахарактеристика;
ПХ - перехідна характеристика;
СЧ - середні частоти;
НЧ - низькі частоти;
ВЧ - високі частоти;
К - коефіцієнт підсиленняпідсилювача;
Uc - напруга сигналу частотою w
Cp - розділовий конденсатор;
R 1, R 2 - опору дільника;
R до - коллекторное опір;
R е. - опір в ланцюзі емітера;
C е. - конденсатор в ланцюзі емітера;
R н - опір навантаження;
Сн - ємність навантаження;
S - крутизна трагзістора;
L до - коригувальна индуктивность;
R ф, Сф - елементи НЧ - корекції.
1. ЦІЛЬРОБОТИ.
Метоюцієї роботи є:
1) вивчення роботи резисторного каскадув області низьких, середніх і високих частот. <
/p>
2) вивчення схем низькочастотної івисокочастотної корекції АЧХ підсилювача;
2. ДОМАШНЄЗАВДАННЯ .
2.1. Вивчити схему резисторногопідсилювального каскаду, усвідомити призначення всіх елементів підсилювача і їх впливна параметри підсилювача (підрозділ 3.1).
2.2. Вивчити принцип роботи тапринципові схеми низькочастотної і високочастотної корекції АЧХ підсилювача (підрозділ3.2).
2.3. Усвідомити призначення всіх елементів налицьовій панелі лабораторного макета (розділ 4).
2.4. Знайти відповіді на всі контрольніпитання (розділ 6).
3. Резисторно Й КАСАКАД на біполярних транзисторах
Резисторнопідсилювальні касакади широко застосовуються в різних областях радіотехніки.Ідеальний підсилювач має рівномірну АЧХ у всій смузі частот,реальний підсилювач завжди має спотворення АЧХ , насамперед - зниженняпосилення на низьких і високих частотах, як показано на рис. 3.1.
Рис.3.1.
Схемарезисторного підсилювача змінного струму на біполярному транзисторі за схемою ззагальним емітером представлена ​​на рис. 3.2, де Rc - внутрішнійопір джерела сигналу Uc ; R1 і R2 - опорудільника, що задають робочу точку транзистора VT1 ; Rе -опір в ланцюзі емітера, яке шунтируется конденсатором Се ; Rк - Коллекторное опір; Rн - опір навантаження; Cp - Розділові конденсатори, що забезпечують поділ по постійному струмутранзистора VT1 від ланцюга сигналу і ланцюга навантаження.
Рис.3.2.
Температурнастабільність робочої точки зростає при збільшенні R е. (за рахунок збільшення глибини негативного зворотногозв'язку в касакаде на постійному струмі), стабільність робочої точки також зростаєі при зменшенні R 1, R 2 (за рахунок збільшення струму дільника і підвищеннятемпературної стабілізації потенціалу бази VT 1 ). Можливе зменшення R 1, R 2 обмежена допустимим зниженням вхідногоопору підсилювача, а можливе збільшення R е. обмежена максимально допустимим падіннямпостійної напруги на опорі емітера.
3.1.Аналіз роботирезисторного підсилювача в області низьких, середніх і високих частот.
Еквівалентнасхема вихідний ланцюга підсилювача за схемою рис.3.2 представлена ​​на рис. 3.3, де: S - крутизна трагзістора, Uc - вхідний сигнал, Yi = Y22 -вихідна провідність транзистора, Yк = 1/Rк - колекторнапровідність, Зі = Свих + См + Сп, Свих - вихідна ємністьтранзистора, См - розподілена паразитна і монтажна ємності, Сн - Ємність навантаження, Ср - розділовий конденсатор, Yн = 1/Rн -провідність навантаження. Відзначимо, що зазвичай в підсилювачах провідності Yi Rн> Rк).
Рис.3.3.
Еквівалентнасхема отримана з урахуванням того, що на змінному струмі шина харчування ("-Е п ")і загальна точка ("земля") є короткозамкненими, а також з урахуванням допущення 1/ w C е. << R е. , колиможна вважати емітер VT 1 підключенимна змінному струмі до спільної точки.
Поведінкапідсилювача різна у сфері низьких, середніх і високих частот (див.рис. 3.1).На середніх частотах (СЧ), де опір розподільного конденсатора Ср пренебрежимо мало ( 1/ w C р << R н ), а впливом ємності Зі можна знехтувати, такяк 1/ w C про>> R до ,еквівалентна схема підсилювача перетвориться в схему рис.3.4.
рис.3.4.
Зсхеми рис.3.4 випливає, що на середніх частотах посилення касакада До незалежить від частоти w :
До= - S /( Yi + Y до + Y н),
звідкиз урахуванням 1/ Yi > R н> R до отримуємо наближену формулу
До В» - SR оскільки
Отже,в підсилювачах з високоомний навантаженням номінальний коефіцієнт посилення До прямо пропорційний величині опору колектора R до .
Вобласті низьких частот (НЧ) також можна знехтувати малою ємністю Зі , аленеобхідно врахувати зростаюче з пониженням w опір розподільного конденсатора Ср . Цедозволяє отримати з рис. 3.3 еквівалентну схему підсилювача на НЧ у виглядірис.3.5, звідки видно, що конденсатор Ср і опір R н утворять дільник напруги, що знімається з колекторатранзистора VT 1 .
Рис.3.5.
Ч ем нижче частота сигналу w , тим більше ємніснеопір Ср ( 1/ w C р ), і тим менша частина напруги потрапляє на вихід,в результаті чого відбувається зниження посилення. Таким чином, Ср визначає поведінку АЧХ підсилювача в області НЧ і практично не робитьвпливу на АЧХ підсилювача в області середніх і високих частот. Чим більше Ср ,тим менбше спотворення АЧХ в області НЧ, а при посиленні імпульсних сигналів - тимменше спотворення імпульсу в області великих часів (спад пласкою частини вершиниімпульсу), як показано на рис.3.6.
рис.3.6.
Вобласті високих частот (ВЧ), як і на СЧ, опір розподільногоконденсатора Ср пренебрежимо мало, при цьому визначальним на АЧХпідсилювача буде наявність ємності Зі . Еквівалентна схема підсилювача вобласті ВЧ представлена ​​на схемі рис.3.7, звідки видно, що ємність Зі шунтує вихідна напруга U вих ,отже з підвищенням w буде зменшуватися посилення касакада. Додатковою причиною зниженняпосилення на ВЧ є зменшення крутизни транзистора S за законом:
S ( w ) = S /(1 + j w t ),
де t - постійна часу транзистора.
рис.3.7.
шунтуєдія Зі буде позначатися менше при зменшенні опору R до . Отже, для збільшення верхньої граничноїчастоти смуги підсилюються частот необхідно зменшувати коллекторноеопір R до , однак це неминуче призводить допропорційному зниження номінального коефіцієнта посилення.
3.2.Високочастотна і низькочастотна корекції АЧХ резисторного підсилювача
Длякоригування АЧХ реального підсилювача з метою її наближення до АЧХідеального підсилювача (см рис.3.1) застосо...
