Частотные характеристики усилительного каскада с ОЭ в области средних частот.

Исходные данные:

R₁ = 16 кОм;

R₂ = 1,6 кОм;

R_К = 150 Ом;

R_Э = 15 Ом;

R_Н = 3 Ом;

C₁ = 10 мкФ;

C_Э = 30 мкФ;

Е_П = 9 В;

Транзистор - КТ315Б.

Схема усилительного каскада с общим эмиттером (ОЭ) приведена на рис.1.

Рис.1. Схема усилительного каскада с ОЭ

На постоянные свойства усилительного каскада с ОЭ влияют емкости C₁ и C_Э, а также паразитные емкости транзистора. На рис.2 сопротивление базы R_Б определяется следующим выражением:

R_Б = R₁úú R₂ = = = 1,45 кОм.

Обобщенная эквивалентная схема усилительного каскада с ОЭ приведена на рис.2.

Рис.2. Обобщенная эквивалентная схема усилительного каскада с ОЭ

Данную схему будем анализировать в области средних частот (рис.3):

w _Н £ w £ w _В.

Для данной области справедливы следующие соотношения:

® 0; ® 0; >> r_К^*; >> r_Э и R_Э >> .

С учетом этого, эквивалентная схема усилительного каскада с ОЭ в области средних частот будет иметь вид, представленный на рис.3.

Рис.3. Эквивалентная схема усилительного каскада с ОЭ в области средних частот

Рассчитаем основные параметры усилительного каскада с ОЭ.

1. Из технической документации на транзистор статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме усилителя с ОЭ β = 50 ¸ 350. По заданию на контрольную работу берем среднее значение β = 200.

Для определения дифференциального сопротивления эмиттерного перехода r_Э рассчитаем усилитель с ОЭ по постоянному току. Для этого рассмотрим схему базового смещения усилителя, называемую «смещением делителем напряжения», которая показана на рис.4.

Рис.4. Схема смещения делителем напряжения

Эту схему можно преобразовать для простоты анализа в схему на рис.5, применяя теорему Тевенина - Гельмгольца об активном двухполюснике, где напряжение эквивалентного источника Е_ЭКВ

Е_ЭКВ =[ ·Е_П = [ ·9 = 0,82 В.

Рис.5. Преобразованная эквивалентная схема

Эквивалентное сопротивление R_ЭКВ равно сопротивлению параллельно соединенных R₁ и R₂ (R_ЭКВ = R₁úú R₂), т.е.

R_ЭКВ = R₁úú R₂ = = = 1,45 кОм.

Применив закон Кирхгоффа к входному контуру, получим

I_Б·R_ЭКВ + U_БЭ + I_Э·R_Э = Е_ЭКВ.

Теперь, зная, что I_Э I_Б·(b +1) или I_Б , уравнение можно переписать следующим образом:

· R_ЭКВ + U_БЭ + I_Э·R_Э = Е_ЭКВ или

I_Э .

При U_БЭ = 0,7 В

I_Э = 0,0054 А = 5,4 мА.

Так как на эмиттерный переход подано прямое напряжение, то ток эмиттера может быть определен следующим образом:

I_Э = I_ЭБ0·[ - 1],

где I_ЭБ0 - обратный ток.

Тогда r_Э = ú_{Uкб = const} = ,

но I_Э I_ЭБ0 и r_Э .

При I_Э = 2,2 мА и T = 300К

r_Э = = .

2. Входное сопротивление усилителя R_ВХ = .

Входная цепь усилительного каскада с ОЭ показана на рис.6.

Рис.6. Входная цепь усилителя с ОЭ

По данной схеме определим входное сопротивление R_ВХ усилительного каскада с ОЭ:

R_ВХ = R_ВХ^ТР ׀׀ R_Б = [r_Б + (1 + β)·r_Э] ׀׀ R_Б = [r_Б + (1 + β)·r_Э] ׀׀ (R₁úú R₂).

При r_Б (1 + β)·r_Э получим R_ВХ = R_ВХ^ТР ׀׀ R_Б = [(1 + β)·r_Э] ׀׀ (R₁úú R₂).

R_ВХ = [(1 + 200)·4,8] úú 1,45·10³ = 579,4 Ом.

3. Коэффициент усиления по напряжению K_U.

Рассмотрим входную цепь усилителя с ОЭ на рис.6. Для определения входного тока I_ВХ воспользуемся правилом «свой - чужой». Ток в «своем» сопротивлении равен общему току, деленному на сумму сопротивлений и умноженному на «чужое» сопротивление.

Тогда для токов I_ВХ и I_Б согласно рис.6 можно записать:

I_Б = I_ВХ · ,

откуда

I_ВХ = I_Б · I_Б · 1,67· I_Б .

Коэффициент усиления по напряжению K_U усилительного каскада с ОЭ с учетом влияния резисторов базового делителя равен:

K_U = = =

или K_U = K_U0 = β· , где

K_U0 – коэффициент усиления по напряжению, который не зависит от частоты входного сигнала;

R_Кúú R_Н = = = 2,94» 3 Ом.

K_U0 = β· = 200· 0,62.

4. Коэффициент усиления по току К_I = .

Перейдем в исходной схеме от источника напряжения к источнику тока. В этом случае выходную цепь усилителя с ОЭ можно представить в виде схемы, показанной на рис.7.

Для данной схемы можно записать уравнения:

I_ВХ = ,

где I_ВХ = 1,67·I_Б (см. п.3).

Определим выходной ток I_Н. Для этого будем использовать правило «свой - чужой», как и в предыдущем случае: ток в «своем» сопротивлении равен общему току, деленному на сумму сопротивлений и умноженному на «чужое» сопротивление.

Тогда для токов I_Н и I_RК согласно рис.7 можно записать:

Рис.7. Выходная цепь усилителя с ОЭ в виде источника тока

I_Н = I_К· ;

I_RК = I_К· .

В этом случае коэффициент усиления по току К_I определяется выражением:

К_I = = = β· = 200· = 117,4.

Для идеального усилителя тока, работающего при замыкании на выходе: сопротивление R_Н → 0. В этом случае коэффициент усиления по току К_I = β = 200.

5. Выходное сопротивление усилителя R_ВЫХ.

Выходное сопротивление усилителя R_ВЫХ определяется из выражения:

R_ВЫХ = _{△Iвх = 0, при хх на входе}

Выходную цепь усилительного каскада с ОЭ можно представить в виде схемы, показанной на рис.8.

Рис.8. Выходная цепь усилителя с ОЭ

В этом случае выражение для выходного сопротивления усилителя R_ВЫХ примет вид:

R_ВЫХ = (r_К^* + r_Э) R_К.

Так как сопротивление r_К^* имеет номинал, как правило, мегаом, а сопротивление r_Э – единицы Ом, то сопротивлением r_Э можно пренебречь r_К^* r_Э.

С учетом того, что сопротивление r_К^* R_К, то итоговое выражение для выходного сопротивления можно записать в виде:

R_{ВЫХ ОЭ} R_К = 150 Ом.

6. Коэффициент усиления по мощности K_P.

Коэффициент усиления по мощности однокаскадного усилителя с ОЭ равен

K_P = К_I·K_U = К_I·K_U0 = 117,4·0,62 = 72,8.

Date: 2016-07-18; view: 1132; Нарушение авторских прав