Аналіз роботи підсилювача в галузі середніх частот - Студопедія
Підсилювальний каскад з ОЕ. Схема повна еквівалентна схема. Призначення елементів. Еквівалентна схема області середніх частот. Розрахунок вхідного опору. Режимна залежність. Граничні значення. Вихідний опір. Граничні значення. Розрахунок коефіцієнта посилення
Принцип посилення ґрунтується на наступних залежностях. Коливання вхідної напруги викликають відповідні коливання струму бази: ∆Iб= ∆Uбе/Rвх.тр, деRвх.тр- вхідний опір транзистора. Транзистор посилює ці коливання в колекторному ланцюгу: ∆Iк≈ βдиф∆Iб, де βдиф- диференціальний коефіцієнт передачі струму бази. Змінна складова струму колектора ∆Iк(або її частина) надходить у навантаження і створює на ній змінну напругу, яка формою збігається з вхідним сигналом.
Рисунок 1 – Підсилювальний каскад на біполярному транзисторі з ОЕ
Підсилювальний каскад повинен містити нелінійний елемент керування (транзистор або лампу), джерело електричної енергії та допоміжні елементи. У вхідний ланцюг включається джерело сигналу, а вихідну - навантаження. Джерело сигналу у вигляді генератора з напругоюЕГі внутрішнім опоромRГ, а навантаження - резисторомRН.Полярність джерела живлення ЕК забезпечує роботу транзистора вактивному режимі.
РезисториR1іR2задають необхідні постійні складові струмів у ланцюгах транзистора і постійну напругу на його електродах -робочу точку транзистора (ділитель напруги, здійснює подачу напруги зміщення з урахуванням транзистора). Від вибору робочої точки залежить посилення каскаду, ККД, спотворення сигналу.Резистори R1 і R2 складають дільник напруги, і струм дільникаIд створює на них падіння напругиU1 =IдR1U2 =IдR2, що є джерелом живлення для ланцюгів емітера і колектора (полярність напруг зазначена на резисторах R1 і R2). Опір резисторів R1 і R2 підбирають так, щоб струм дільникаIд був більший за струм, нормально споживаний в ланцюгах транзистора. При такому струмі дільника підвищується стабільність режиму роботи схеми, так як у цьому випадку зміни струму в ланцюгах емітера і колектора в процесі роботи транзистора незначно впливають на величину напруги живлення. Разом з тим струм дільника не можна вибирати занадто великим (а резистори R1 і R2 - невеликими), так як це веде до збільшення потужності, що споживається дільником напруги від джерела живлення. Крім того, резисторR2 шунтує вхідний опір підсилювача, що зменшує вхідний та вихідний струми підсилювача. Задовільний результат дає компромісне рішення, при якому забезпечується відповідна стабілізація та коефіцієнт посилення. Резистори R1 і R2 - порядку одиниць і десятків ком.
Для того, щоб джерело сигналу та навантаження не впливали на режим роботи транзистора по постійному струму, включені розділові конденсаториC1іC2, що мають в робочому діапазоні частот малі опори. Конденсатор С1 виключає шунтування вхідного ланцюга каскаду ланцюгом джерела вхідного сигналу постійному струму, що дозволяє, по-перше, виключити протікання постійного струму через джерело вхідного сигналу, по-друге, забезпечити незалежність від внутрішнього опору джерела RГ напруги на базі Uбп в режимі спокою. При складанні еквівалентних схем області середніх частот враховано, що значення ємностей С1,С2, С3 вибирають такими, щоб їх опору в діапазоні середніх частот (робочих частот) були досить малі і ними можна було знехтувати. Резистор RЕ є елементом негативного зворотного зв'язку, призначеним для стабілізації спокою режиму каскаду при зміні температури. Конденсатор СЕ шунтує резистор РЕ по змінному струму, виключаючи, тим самим прояв негативного зворотного зв'язку в каскаді змінних складових. Відсутність конденсатора СЕ призвела до зменшення коефіцієнтів посилення схеми. Джерело живлення Е замкнене коротко.
Припустимо, що з будь-якої причини колекторний струмIК0 збільшиться. Але так якIЕ0 =IК0+IБ0, то зростання струмуIК0 призведе до збільшення струму емітера IЕ0, а отже, і до збільшення падіння напругиURЕ на резисторі РЕ. ЗбільшенняURE, що є зворотним по відношенню до переходу емітер-база, призведе до зменшення напруги на емітерно-базовому переходіUБЕ та струму базиIБ0, що викликає зменшення колекторного струмуIК0. Навпаки, якщо з будь-якої причини колекторний струм зменшується, то зменшується падіння напругиURE на резисторі РЕ, що призведе до збільшення напруги на емітерно-базовому переходіUБЕ. У цьому збільшується струм бази, отже, і струм колектора. Щоб не вводити зворотний зв'язок змінного струму і не знижувати коефіцієнт посилення каскаду, резистор RЕ шунтують конденсатором СЕ досить великої ємності (десятки мікрофарад).
За відсутності вхідного сигналу всі струми та напруги в ланцюгах транзистора залишаються незмінними. Цей стан називають статичним режимом, або станом спокою. Точка спокою та значення струмів та напруг у режимі
спокою позначені символом "О".
При орієнтовній оцінці струму спокою можна використовувати рівняння:
,
деUБЕО– напруга база-емітер, що визначається з вхідної характеристики при струмі базиIБО.
У статичному режимі конденсаторC1 заряджається до напругиUС1 =Uбе.о, а конденсаторC2 – доUС2 =Uке.о. Конденсатори повинні мати досить велику ємність, так щоб у режимі посилення сигналів змінного струму напругиUС1 іUС2 протягом періоду коливань найнижчої частоти залишалися практично незмінними.
Малюнок 2 – Повна (а) та спрощена (б) еквівалентні схеми підсилювального каскаду з ОЕ для області середніх частот
Спрощена схема (б) відрізняється від (а) тим, що в ній не враховано вплив диференціального опору колекторного переходу rк диф, який досить великий і при невеликих опорах Rк його можна не враховувати.
Малюнок 3 – Еквівалентна схема каскаду з ОЕ для низьких частот
Еквівалентна схема для області низьких частот враховує розділові конденсатори С1, С2 і конденсатор Се, шунтуючий емітерний резистор. Опір дільника R1 і R2 для спрощення аналізу в еквівалентній схемі не враховуються. Вхідний опір у сфері малих частот збільшується. Коефіцієнт посилення змінюється залежно від частоти. У діапазоні низьких частот значно менше, ніж у діапазоні середніх частот.
В еквівалентній схемі в області високих частот необхідно враховувати ємність колекторного переходу С * к. В області високих частот відбувається зменшення коефіцієнта підсилення, пов'язане з інерційними властивостями транзистора, а так само з тим, що ємність колекторного переходу чинить шунт.
Рисунок 4 – Еквівалентна схема каскаду з ОЕ для області високих частот
Врахування одночасно всіх елементів еквівалентних схем для різних частот в одній призводить до повної еквівалентної схеми КК з ОЕ.
Рисунок 5 – Повна еквівалентна схема підсилювального каскаду з ОЕ
Аналіз роботи підсилювача в області середніх частот
На середніх частотах не виявляються такі фактори, що знижують посилення:
- на низьких частотах кінцевий опір розділових конденсаторів;
- на високих частотах зниження диференціального коефіцієнта передачі струму бази та шунтуюча дія вихідної ємності колекторного ланцюга та ємності навантаження.
Вхідний опір :
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком:
Вимкніть adBlock! і оновіть сторінку (F5)дуже потрібно