Исследования резисторного усилительного каскада

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 ; Rэ - сопротивление в цепи эмиттера, которое шунтируется конденсатором Сэ ; Rк - коллекторное сопротивление; Rн - 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 (“-Е_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