1. В рабочей тетради для самостоятельной работы повторить последовательность действий, использованных при анализе влияния емкостей, шунтирующих, сигналы на характеристики каскада с общим истоком, представленного на рис. 3.1а:
1.1. выполнить переход от принципиальной схемы каскада (рис. 3.1а) к его эквивалентной схеме, данной на рис. 3.1б;
1.2. для полученной эквивалентной схемы записать уравнение, связывающее и ;
1.3. получить формулу (3.1), определяющую комплексную передаточную функцию каскада, и формулы (3.2), выражающие амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики каскада;
1.4. решая уравнение ,получить формулу, определяющую верхнюю граничную частоту усиливаемых колебаний;
1.5. получить формулу (3.3), определяющую связь коэффициента усиления каскада и диапазона частот усиливаемых колебаний;
1.6. осмыслить полученные выражения, начертить график АЧХ каскада, записать в тетради соответствующие выводы.
2. Аналогично п.п. 1.1 – 1.6 провести анализ влияния емкостей, которые шунтируют сигналы на характеристики: а) каскада на биполярном транзисторе, представленного на рис. 2.2; б) повторителя на полевом транзисторе, представленного на рис. 2.3.
|
|
Контрольные вопросы
1. Какие емкости шунтируют усиливаемые сигналы?
2. В чем проявляется их влияние?
3. Каков физический смысл параметра ?
4. Какой важный вывод следует из формулы (3.3)?
5. Как изменятся коэффициент усиления каскада и верхняя граничная частота усиливаемых колебаний при увеличении сопротивления резистора RС?
3.2. Влияние емкостей разделительных конденсаторов
Продолжим рассмотрение усилительного каскада (рис. 3.1а), начатое в предыдущем пункте, учитывая здесь только влияние разделительного конденсатора СР2. Соответствующая эквивалентная схема дана на рис. 3.1в.
Для неё методом узловых напряжений в комплексной форме запишем уравнения для комплексных амплитуд напряжений узлов и
.
Решая эту систему уравнений и замечая, что , находим комплексную передаточную функцию каскада
(3.4) |
Здесь: k = – SRЭ – коэффициент передачи сигнала по напряжению без учета влияния емкостей; GЭ=GВН+GС+GН; τН = CР2(RН+(RВНRС/(RВН+RС))) – постоянная времени перезаряда емкости разделительного конденсатора CР2.
Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики каскада из (3.4) определяются выражениями:
, | (3.5) |
Из формулы (3.5) видно, что коэффициент усиления уменьшается с уменьшением частоты, т.е. каскад фактически является фильтром верхних частот, граничная частота которого ωГР=1/(CР2RЭ’)= 1 /τН, где
RЭ’ = RН+(RВНRСТ/(RВН+RС)).
Нормированный по максимуму график амплитудно-частотной характеристики каскада в рассмотренном приближении, учитывающем разделительную емкость, приведен на рис. 3.2б. На графике по оси абсцисс в логарифмическом масштабе отложена частота f = ω/2π.
|
|
Анализ того же каскада (рис. 3.1а) с учетом емкостей CЭ и CР2 одновременно, проведенный аналогично предыдущим случаям, при условии CЭ<<CР2 приводит к выражению
(3.6) |
Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики каскада из (3.6) определяются выражениями:
, . | (3.7) |
Из полученных формул теперь видно, что каскад по сути – полосовой фильтр, усиливающий сигналы в полосе частот от ωГР.Н = 1 /(CР2RЭ‘)= 1 / до ωГР.В = 1 /(CЭRЭ)= 1 / . Его нормированная по максимуму амплитудно-частотная характеристика в логарифмическом масштабе частоты приведена на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Амплитудно-частотная характеристика усилительного каскада
с учетом разделительной емкости и емкостей, шунтирующих сигнал
Следует отметить, что в современной схемотехнике усилителей, как правило, обходятся без разделительных конденсаторов и, поэтому, рассмотренный здесь последний пример преследует учебные цели.