Методические указания к выполнению курсовой работы: Расчет усилительного каскада, Архангельск 2010 (стр. 4 )

Эквивалентная емкость между точками б и э

.

= .

Эквивалентная постоянная времени каскада в области верхних частот, определяемая инерционными свойствами транзистора

.

Амплитудно – частотная и фазо – частотная характеристики усилителя. Линейные искажения.

Зависимость модуля коэффициента усиления от частоты представляет собой амплитудно – частотную характеристику усилителя (А. Ч.Х.), графическое изображение которой представлено на рис. 13(а).

Модуль коэффициента усиления на разных частотах имеет разные значения. В области нижних и верхних частот значение коэффициента усиления усилителя уменьшается, форма выходного сигнала становится отличной от формы входного сигнала. Искажения усиливаемого сигнала называются частотными искажениями.

Причина частотных искажений – наличие реактивных элементов в схеме усилителя и зависимость от частоты физических параметров транзистора. Мерой частотных искажений является коэффициент частотных искажений: 

.

К0 – коэффициент усиления усилительного каскада на средних частотах.

КН. – коэффициент усиления усилительного каскада на нижних частотах.

Рис. 13. Амплитудно – частотная (а) и фазо – частотная (б) характеристики усилительного каскада

Фазо – частотная характеристика (Ф. Ч.Х.) отражает зависимость угла сдвига фазы между входным и выходным напряжениями. Положительные значения угла ц соответствуют опережению выходным напряжением входного, отрицательные – отставанию. Под фазовым углом сдвига ц понимают сдвиг, обусловленный наличием реактивных элементов в схеме усилителя и зависимость от частоты физических параметров транзистора. Поворот фазы выходного напряжения относительно входного на 1800, вносимый активными элементами схемы, во внимание не принимают. Фазо – частотная характеристика усилителя изображена на рис. 13(б).

При сравнении амплитудно – частотной и фазо – частотной характеристик усилителя видно, что наличие фазовых искажений вызывает частотные искажения. Оба вида искажений, вносимых усилителем, обусловлены линейными элементами схемы, поэтому их называют линейными искажениями.

Коэффициент усиления в области низких частот имеет вид

.

- значение преобладающей емкости в области нижних частот (СЭ., СР.1 или СР.2).

- эквивалентное сопротивление емкости .

.

Нормированная АЧХ в области нижних частот определяется выражением

Из представленного выражения видно, что нижняя граничная частота определяется из выражения 2рfН. ГР.  = wН. = 1/фН.. На этой частоте коэффициент усиления снижается в раз.

Для уменьшения неравномерности АЧХ в области низких частот (для расширения полосы пропускания), т. е. уменьшения wН., необходимо увеличивать фН.. Это достигается путем увеличения значений Ср1 и Ср2, а также увеличением значений RВХ. и  .

Коэффициент усиления в области высоких частот имеет вид

В области верхних частот необходимо учитывать: 1) инерционные свойства транзистора, т. е. уменьшение коэффициента передачи тока базы транзистора β(jω)=β0/(1+jωτβ)от частоты; 2) паразитную емкостью С0, которая шунтирует эквивалентное сопротивление нагрузки Rн. экв, а следовательно уменьшает коэффициент усиления транзисторного каскада. В результате с увеличением частоты амплитуда выходного напряжения и, следовательно, коэффициент усиления уменьшаются. Комплексный коэффициент передачи каскада в области высоких частот (ВЧ) с учетом обоих факторов имеет вид:

K (jω) = ,

где τв=τβ+τ0 ;τβ=β0/(2πƒα)- постоянная времени транзистора по схеме с ОЭ, ƒα-верхняя граничная частота транзистора по схеме с ОБ; τ0=С0Rн. экв - постоянная времени области высоких частот, определяемая Со.

Отсюда нормированная АЧХ для области ВЧ имеет вид

M=K (ω)/ K=,

а верхняя граница частота ωв=1 /τв.

Для уменьшения неравномерности АЧХ в области ВЧ (расширения полоса пропускания) необходимо уменьшить τв. Однако, значительно уменьшить τв рациональным выбором элементов схемы невозможно т. к. τв определяется и параметрами транзистора. Поэтому для расширения диапазона усиливаемых частот в области ВЧ необходимо выбирать транзистор с малой τβ.

Итак, в области нижних частот , поэтому коэффициент усиления на нижних частотах

wН = 1 / фН – нижняя граничная частота работы усилительного каскада,

wВ = 1 / фВ – верхняя граничная частота работы усилительного каскада.

В области верхних частот , поэтому коэффициент усиления на верхних частотах (верхняя граничная частота работы усилительного каскада).

Амплитудная частотная характеристика усилительного каскада – это зависимость модуля коэффициента усиления К от частоты щ.

Фазовая частотная характеристика усилителя – зависимость угла сдвига фаз ц от частоты щ.

Идеализированные АЧХ и ФЧХ усилителя переменного напряжения с резистивно – емкостной связью приведены на рисунке 12.

Полоса пропускания усилителя : f = fВ. ГР. – fН. ГР. (f = w / 2р).

Снижение коэффициента усиления в области верхних и нижних частот называются частотными искажениями.

Коэффициент частотных искажений на нижних частотах:

Коэффициент частотных искажений на верхних частотах:

Для усилителя переменного напряжения с резистивно – емкостной связью допустимый коэффициент частотных искажений составляет

1,05 – 1,4.

Таблица 1 – Параметры элементов усилительного каскада.

№	UГ, В	ЕП, В	RГ, Ом	ƒГ, Гц	R Н, Ом	IК max, А
1	0.01	8	100	50	100	10
2	0.02	10	200	60	200	10
3	0.03	12	250	100	250	10
4	0.04	14	300	200	300	5
5	0.05	15	350	250	350	5
6	0.06	16	400	300	400	5
7	0.07	20	450	350	450	1
8	0.08	24	500	400	500	1
9	0.09	36	650	450	650	1
10	0.1	8	600	500	600	0,5
11	0.11	10	700	50	700	0,5
12	0.12	12	750	60	750	0,5
13	0.13	14	800	100	800	10
14	0.02	15	100	200	100	10
15	0.03	16	200	250	200	10
16	0.04	20	250	300	250	5
17	0.05	24	300	350	300	5
18	0.06	36	350	400	350	5
19	0.07	8	400	450	400	1
20	0.08	10	450	500	450	1
21	0.09	12	500	50	500	1
22	0.1	14	650	60	650	0,5
23	0.11	15	600	100	600	0,5
24	0.04	16	700	200	700	0,5
25	0.05	20	750	250	750	10
26	0.06	24	800	300	800	10
27	0.07	36	500	350	500	10
28	0.08	8	100	400	100	5
29	0.09	10	200	450	200	5
30	0.1	12	150	500	150	5
31	0.04	24	300	200	750	0,5
32	0.05	36	350	250	800	10
33	0.06	8	400	300	100	10
34	0.07	10	450	350	200	10
35	0.08	12	500	400	250	5
36	0.09	14	650	450	300	5
37	0.1	15	600	500	350	5
38	0.11	16	700	50	400	1
39	0.04	20	750	60	450	1
40	0.05	24	800	100	500	1
41	0.06	36	100	200	650	0,5
42	0.07	10	200	250	600	0,5
43	0.08	12	250	300	700	0,5
44	0.09	14	300	350	750	10
45	0.1	15	350	400	800	10

Список литературы

1 Основы промышленной электроники: учеб. Для вузов / , ; под ред. . – М.: Высш. шк., 1986. – 336 с.

2 Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. , , .

4. Лавриненко по полупроводниковым приборам./ – 10-е изд., перераб. и доп.. – К.: Техника, 1984. – 424 с.: ил.

5 Криштафович промышленной электроники: Учебник / , . – 2-е изд., перераб. и доп.. – М.: высш. шк., 1985. – 287 с.

6 Прянишников : Курс лекций / . – СПб.: Корона, 1998. – 400 с.

7 Галкин приборы: Справочник / , , . – Мн.: Беларусь, 1994. – 347 с.

8 , , Гуров и цифровая электроника. – М., «Горячая Линия - Телеком», 2002. – 768 с.

Оглавление.

1 Техническое задание  3 

2 Исходные данные  5 

3 Теоретические сведения. Усилительный каскад с общим

эмиттером на биполярном транзисторе  6

4 Расчет усилительного каскада  14 

Список литературы  37