Определив основные параметры усилительного каскада с OЭ, его можно представить эквивалентной схемой, показанной на рис. 8.

Рис.8

Будем полагать, что источник сигнала UВХ имеет внутреннее сопротивление RГ. Найдем коэффициент передачи каскада по напряжению, току и мощности с учетом влияния RГ и RН. По определению коэффициент передачи по напряже­нию

KU=∆UН/UВХ= KU ХХ ·RВХ RН/[(RВХ +RГ)(RВЫХ+RН)]= KU ХХ ·γвх γвых,  (3)

где γвх и γвых безразмерные параметры, определяющие потери коэффициента передачи KU ХХ на входе и выходе усилительного каскада соответственно,  ∆UВЫХ= UВХ ·KU ХХ, а ∆UН= ∆UВЫХ · RН/(RВЫХ+RН) − выходное напряжение на нагрузке.

Найдем коэффициент передачи схемы по току

KI=Iвых/Iвх= KU ХХ RВХ/(RН+RВЫХ).

Коэффициент передачи схемы по мощности можно найти в виде произведе­ния

KP=KI KU.

Из выражения (3) видно, что RВХ>>Rг и RВЫХ<<RН увеличивает γвх и γвых, однако при этом снижается KUХХ (смотри выражение (2)) и  величина KU. Возникает известная неопределенность в выборе параметров RВХ и RВЫХ.

3. Контрольные вопросы

1. Что называется входной и выходной характеристикой транзистора?

2. Какие параметры схемы можно найти с использованием входной и вы­ходной характеристик?

3. Как проводится анализ работы каскада в статическом режиме в классе А и В?

4. Поясните работу каскада с ОЭ по переменной составляющей с учетом схемы замещения тран­зистора.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

5. Найдите, при каком значении RН усилительный каскад с ОЭ дает максимальное значение  KP?

4. Список литературы

1. Каяцкас радиоэлектроники/. − М.: Высш. шк., 1988.

2. Нефедов радиоэлектроники: учеб. для вузов/ − М.: Высш. шк.,2000.

3. Ногин электронные устройства: учеб. Пособие/. / НГТ, 1992.

4. , Промышленная электроника/ , − М.: Энерго­атомиздат, 1988.

5. Опадчий и цифровая электроника: учеб.  для вузов /, , ; под ред. − М.: Горячая линия−Телеком, 2007.

Лабораторная работа № 2

Исследование работы  усилительного каскада

на биполярном транзисторе с общим коллектором

1. Цель работы

Изучение методов расчета и анализа работы простейшей схемы усили­тельного каскада в схеме с общим коллектором (ОК) на биполярном транзисторе.

2. Краткие теоретические сведения


Рассмотрим работу простейшего усилительного каскада с общим коллектором представленную на рис. 1.

  Рис.1

На ней UВХ − источник полезного сигнала, UСМ и E0 − источники постоянного напряжения. Источник напряжения E0 называется источником питания схемы, а UСМ создает на базе транзистора постоянный положительный потенциал, смещающий переход база – эмиттер транзистора в прямом направлении и вызывающий постоянный ток покоя базы во входной цепи:

.  (1)

Анализ работы схемы в статическом режиме заключается в выборе положения рабочей точки каскада на середине статической нагрузочной характеристики. В этом случае для UВХ=0 падение постоянного напряжения на резисторе R1 равно примерно половине напряжения источника питания UВЫХ≈ ≈E0/2. Из (1) видно, что это можно обеспечить правильным выбором напряжения смещения UСМ. В реальных схемах напряжение смещения поступает во входную цепь от источника питания E0.

Проведем анализ работы каскада с ОК по полезному сигналу. Как будет показано далее, схема обладает высоким входным и низким выходным сопротивлением, однако ее KU≈1. Наличие рези­стора R1 в выходной цепи каскада создает отрицательную обратную связь по току. Как было указанно ранее, наличие UСМ создает IБП и через резистор R1 те­чет ток покоя IЭП=(1+β)IБП.

На выходе схемы имеем UЭП=IЭПR1. Данное на­пряжение суммируется с входным напряжением, так что UБЭ=UВХ+UСМ–UЭП. Из последнего выражения видно, что с ростом тока эмиттера IЭП, например, из-за увеличения температуры окружной среды, растет UЭП, происхо­дит снижение UБЭ и тока базы, что приводит к возврату рабочей точки в ис­ходное состояние. Таким образом, наличие R1 приводит к появлению отрицательной обратной связи по току в схеме и обеспечивает температурную стабилизацию рабочей точки каскада.

Найдем характеристики каскада по переменной составляющей. Для этого транзистор заменим его эквивалентной схемой. Тогда с учетом иде­альности источников постоянного напряжения и для малых изменений входного сиг­нала  эквивалентная схема по переменной составляющей имеет вид, показанный на рис.2.

Рис.2

Полагая, как и ранее RК >>RЭ, найдем входное сопротивление каскада:

RВХ=UВХ/ΔIБ.

Из схемы видно, что UВХ=ΔIБ(RБ+(1+β)RЭ)+ΔIЭR1 и, вводя обозначение Rвхэ=RБ+(1+β)RЭ, имеем RВХ=Rвхэ+(1+β)R1≈β R1.

Соответственно коэффициент передачи каскада по напряжению без учета на­грузки

KU ХХ=ΔIЭR1/ΔIБRВХ=(1+β)R1/(R вхэ+(1+β) R1)≈1,

поскольку реально Rвхэ<<(1+β)R1.

Найдем выходное сопротивление каскада. Оно будет определяться  параллельным соединением выходного сопротивления R1  и сопротивлением, образуемым входной частью каскада R1||(ΔUВЫХ/ΔIЭ). Для выходного сопротивления каскада имеем

RВЫХ=R1||(ΔUВЫХ / ΔIЭ),

где ΔUВЫХ/ΔIЭ= ΔIБRвхэ/ΔIЭ=Rвхэ / (1+β). Найденная величина оказывается, как правило, много меньше величины сопротивления в цепи эмиттера  R1, поэтому она и обеспечивает общее низкое сопротивление выходной цепи

RВЫХ ≈ΔUВЫХ / ΔIЭ = Rвхэ / β.

Усилительный каскад с ОК может быть представлен в виде активного четырехполюсника, показанного на рис. 3.

Рис.3

Найдем показатели усилительного каскада с ОК при неидеальном источнике входного сигнала, имеющего сопротивление RГ, и наличии нагрузки на выходе каскада. Для коэффициента передачи по напряжению имеем

KU=UН/UВХ= KU ХХ ·RВХ RН/[(RВХ +RГ)(RВЫХ+RН)]= KU ХХ ·γвх γвых≈γвх γвых.

Для коэффициента передачи по току можно найти

KI=Iвых/Iвх= KU ХХ RВХ/(RН+RВЫХ)≈ RВХ/RН.

Коэффициент передачи схемы по мощности можно найти в виде произведе­ния

KP=KI KU.

Проведенный анализ показывает, что схема усилительного каскада с ОК имеет высокое входное и низкое выходное сопротивления. Поэтому она может выполнять функции согласования входных и выходных сопротивлений двух последовательно включенных усилительных каскадов с ОЭ. Для выполнения согласования усилительный каскад с ОК ставится между каскадами с ОЭ.

3. Контрольные вопросы

1. Что называется входной и выходной характеристикой транзистора?

2. Какие параметры схемы можно найти с использованием входной и вы­ходной характеристик?

3. Проведите анализ работы схемы усилительного каскада с ОК в статическом режиме.

4. Проведите анализ работы схемы усилительного каскада с ОК по полезному сигналу и найдите его основные качественные показатели.

5. Проведите анализ работы усилительного каскад с ОК в режиме согласования при его установки между каскадами с ОЭ.

4. Список литературы

1. Каяцкас радиоэлектроники/. − М.: Высш. шк., 1988.

2. Нефедов радиоэлектроники: учеб. для вузов/ − М.: Высш. шк.,2000.

3. Ногин электронные устройства: учеб. Пособие/. / НГТ, 1992.

4. , Промышленная электроника/ , − М.: Энерго­атомиздат, 1988.

Лабораторная работа № 3

Исследование частотных характеристик резистивного 

усилительного каскада на биполярном транзисторе

1. Цель работы

Изучение методов расчета и анализа частотной характеристики простейшей схемы резистивного усили­тельного каскада на биполярном транзисторе.

2. Краткие теоретические сведения


Проведем анализ частотной характеристики резистивного усилительного каскада. На рис.1 представлена схема простейшего транзисторного резистивного усилительного каскада в схеме с ОЭ.

Рис.1 

Напомним кратко назначение элементов в схеме. Резистор и представляют собой делитель напряжения источника питания (на схеме не показан) и обеспечивают смещение рабочей точки транзистора в линейную область выходных характеристик.

Резистор R3 – коллекторная нагрузка, обеспечивающая наклон выходной статической характеристики. Ёмкость С1  обеспечивает развязку каскада по постоянной составляющей, а резистор R5  является нагрузочным. Резистор R4 обеспечивают температурную стабилизацию рабочей точки каскада по постоянной составляющей. Емкость С2 обеспечивает блокировку резистора R4 по переменной составляющей для обеспечения коэффициента усиления по полезному сигналу.

Для упрощения анализа схемы сделаем ряд допущений. Будем полагать, что С2 достаточно велика и её сопротивление в рабочем диапазоне частот по полезному сигналу равно нулю. Предполагаем также, что источник питания Е0 идеальный и его внутреннее сопротивление для переменной составляющей равно нулю. Полагаем, что входной сигнал достаточно мал, тогда транзистор можно заменить его эквивалентной линейной схемой.

Проведем анализ влияния входящих в схему элементов, при сделанных допущениях, на передаточную по частоте характеристику усилителя.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6