регистрация /  вход

Исследования резисторного усилительного каскада (стр. 1 из 2)

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗИСТОРНОГО

УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

АЧХ - амплитудно-частотная характеристика ;

ПХ - переходная характеристика ;

СЧ - средние частоты ;

НЧ - низкие частоты ;

ВЧ - высокие частоты ;

К - коэффициент усиления усилителя ;

Uc - напряжение сигнала частотой w ;

Cp - разделительный конденсатор;

R 1, R 2 - сопротивления делителя;

R к - коллекторное сопротивление;

R э - сопротивление в цепи эмиттера ;

C э - конденсатор в цепи эмиттера ;

R н - сопротивление нагрузки;

Сн - емкость нагрузки;

S - крутизна трагзистора;

L к - корректирующая индуктивность;

R ф,Сф - элементы НЧ - коррекции.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ .

Целью настоящей работы является :

1) изучение работы резисторного каскада в области низких, средних и высоких частот.

2) изучение схем низкочастотной и высокочастотной коррекции АЧХ усилителя ;

2. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ .

2.1. Изучить схему резисторного усилительного каскада, уяснить назначение всех элементов усилителя и их влияние на параметры усилителя (подраздел 3.1).

2.2. Изучить принцип работы и принципиальные схемы низкочастотной и высокочастотной коррекции АЧХ усилителя (подраздел 3.2).

2.3. Уяснить назначение всех элементов на лицевой панели лабораторного макета (раздел 4).

2.4. Найти ответы на все контрольные вопросы (раздел 6).

3. РЕЗИСТОРНЫ Й КАСАКАД НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Резисторные усилительные касакады широко применяются в различных областях радиотехники. Идеальный усилитель имеет равномерную АЧХ во всей полосе частот, реальный усилитель всегда имеет искажения АЧХ , прежде всего - снижение усиления на низких и высоких частотах, как показано на рис. 3.1.

Рис.3.1.

Схема резисторного усилителя переменного тока на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером представлена на рис. 3.2, где Rc - внутреннее сопротивление источника сигнала Uc ; R1 и R2 - сопротивления делителя, задающие рабочую точку транзистора VT1 ; - сопротивление в цепи эмиттера, которое шунтируется конденсатором Сэ ; - коллекторное сопротивление; - сопротивление нагрузки; Cp - разделительные конденсаторы, обеспечивающие разделение по постоянному току транзистора VT1 от цепи сигнала и цепи нагрузки.

Рис. 3.2.

Температурная стабильность рабочей точки возрастает при увеличении R э (за счет увеличения глубины отрицательной обратной связи в касакаде на постоянном токе), стабильность рабочей точки также возрастает и при уменьшении R 1, R 2 (за счет увеличения тока делителя и повышения температурной стабилизации потенциала базы VT 1 ). Возможное уменьшение R 1, R 2 ограничено допустимым снижением входного сопротивления усилителя, а возможное увеличение R э ограничено максимально допустимым падением постоянного напряжения на сопротивлении эмиттера.

3.1. Анализ работы резисторного усилителя в области низких, средних и высоких частот.

Эквивалентная схема выходной цепи усилителя по схеме рис.3.2 представлена на рис. 3.3, где: S - крутизна трагзистора, Uc - входной сигнал, Yi = Y22 - выходная проводимость транзистора, Yк =1/Rк - коллекторная проводимость , Со = Свых + См + Сн , Свых - выходная емкость транзистора, См - распределенная паразитная и монтажная емкости, Сн - емкость нагрузки, Ср - разделительный конденсатор, Yн = 1/Rн - проводимость нагрузки. Отметим, что обычно в усилителях проводимости Yi < Yн <Yк (1/Yi > Rн > Rк).

Рис.3.3.

Эквивалентная схема получена с учетом того, что на переменном токе шина питания (“п ”) и общая точка (“земля”) являются короткозамкнутыми, а также с учетом допущения 1/ w C э << R э , когда можно считать эмиттер VT 1 подключенным на переменном токе к общей точке.

Поведение усилителя различно в области низких, средних и высоких частот (см.рис. 3.1). На средних частотах (СЧ) , где сопротивление разделительного конденсатора Ср пренебрежимо мало (1/ w C р << R н ), а влиянием емкости Со можно пренебречь, так как 1/ w C о >> R к , эквивалентная схема усилителя преобразуется в схему рис.3.4.

Рис.3.4.

Из схемы рис.3.4 следует, что на средних частотах усиление касакада Ко не зависит от частоты w :

Ко = - S /( Yi + Y к + Y н ),

откуда с учетом 1/ Yi > R н > R к получаем приближенную формулу

Ко » - SR к.

Следовательно, в усилителях с высокоомной нагрузкой номинальный коэффициент усиления Ко прямо пропорционален величине сопротивления коллектора R к .

В области низких частот (НЧ) также можно пренебречь малой емкостью Со , но необходимо учесть возрастающее с понижением w сопротивление разделительного конденсатора Ср . Это позволяет получить из рис. 3.3 эквивалентную схему усилителя на НЧ в виде рис.3.5, откуда видно, что конденсатор Ср и сопротивление R н образуют делитель напряжения, снимаемого с коллектора транзистора VT 1 .

Рис.3.5.

Ч ем ниже частота сигнала w , тем больше емкостное сопротивление Ср (1/ w C р ), и тем меньшая часть напряжения попадает на выход, в результате чего происходит снижение усиления. Таким образом, Ср определяет поведение АЧХ усилителя в области НЧ и практически не оказывает влияния на АЧХ усилителя в области средних и высоких частот. Чем больше Ср , тем менбше искажения АЧХ в области НЧ, а при усилении импульсных сигналов - тем меньше искажения импульса в области больших времен (спад плоской части вершины импульса), как показано на рис.3.6.

Рис.3.6.

В области высоких частот (ВЧ), как и на СЧ, сопротивление разделительного конденсатора Ср пренебрежимо мало, при этом определяющим на АЧХ усилителя будет наличие емкости Со . Эквивалентная схема усилителя в области ВЧ представлена на схеме рис.3.7, откуда видно, что емкость Со шунтирует выходное напряжение U вых , следовательно с повышением w будет уменьшаться усиление касакада. Дополнительной причиной снижения усиления на ВЧ является уменьшение крутизны транзистора S по закону:

S ( w ) = S /(1 + j w t ),

где t - постоянная времени транзистора.

Рис.3.7.

Шунтирующее действие Со будет сказываться меньше при уменьшении сопротивления R к . Следовательно, для увеличения верхней граничной частоты полосы усиливаемых частот необходимо уменьшать коллекторное сопротивление R к , однако это неизбежно приводит к пропорциональному снижению номинального коэффициента усиления.

3.2. Высокочастотная и низкочастотная коррекции АЧХ резисторного усилителя

Для корректирования АЧХ реального усилителя с целью её приближения к АЧХ идеального усилителя (см рис.3.1) применяют специальные схемы коррекции в области НЧ и ВЧ.

Схема ВЧ - коррекции АЧХ при помощи корректирующей индуктивности Lк приведена на рис. 3.8.

Рис.3.8.

Принцип работы этой схемы основан на увеличении в области ВЧ сопротивления коллекторной цепи (Rк + jwLк). Увеличение этого сопротивления с ростом w позволяет повысить усиление каскада на ВЧ. Необходимым условием эффективности работы этой схемы является высокоомность внешнего сопротивления нагрузки Rн >Rк. В противном случае малое сопротивление Rн будет шунтировать коллекторную цепь, при этом усиление каскада будет определяться величиной Rн и мало зависеть от Rк и Lк. Эквивалентная схема касакада с ВЧ- корркцией при 1/Yi > Rн > Rк представлена на рис.3.9, откуда следует, что на ВЧ АЧХ корректированного усилителя близка к частотной характеристике параллельного колебательного контура.

Рис.3.9.

Следовательно, при неоптимальном выборе параметров корректирующей индуктивности Lк на АЧХ усилителя может появиться подъем, вызывающий искажения усиливаемых сигналов. АЧХ и ПХ усилителя с ВЧ-коррекцией при оптимальных и неоптимальных параметрах корректирующей индуктивности Lк показаны на рис.3.10.

Рис.3.10.

1. Lк < Lопт 2.Lк = Lопт 3.Lк > Lопт

Видно, что ВЧ-коррекция оказывает влияние только на область ВЧ (область малых времен - фронты импульсов). При Lк > Lопт длительность фронта самая малая, однако, на выходном импульсном сигнале возникает выброс.

Схема НЧ-коррекции АЧХ усилителя показана на рис.3.11, где Rф и Сф - элементы НЧ-коррекции, выполняющие попутно и роль НЧ-фильтра в цепи питания транзистора VT1.

Рис.3.11.

Принцип работы схемы НЧ-коррекции основан на увеличении сопротивления коллекторной цепи в области НЧ, поэтому, как и в схеме индуктивной ВЧ-коррекции, данная схема эфективна только при высокоомной нагрузке Rн > Rк. Емкость конденсатора Ср выбирается таким образом, чтобы на средних и высоких частотах выполнялось 1/wСф << Rф (то есть Сф шунтирует Rф), поэтому цепь Сф, Rф практически не оказывает влияния на работу усилителя на СЧ и ВЧ. На НЧ сопротивление Сф становится больше сопротивления Rф, это увеличивает сопротивление коллекторной цепи и как результат - понижает нижнюю граничную частоту полосы пропускания усилителя . При этом отношение Rф/Rк определяет максимально возможный подъем усиления с понижением частоты w, который однако, реально всегда бывает меньше по причине снижения усиления на НЧ из-за разделительного конденсатора Ср.


Дарим 300 рублей на твой реферат!
Оставьте заявку, и в течение 5 минут на почту вам станут поступать предложения!
Мы дарим вам 300 рублей на первый заказ!