Анализ электронных схем при помощи теории граф

Структурная схема усилителя

Каскад с общим истоком

Как было сказано раннее, наибольшее применение получили каскады на полевых транзисторах. Остановимся на рассмотрении только одного из них, это каскад с общим истоком (ОИ). Рассмотрим полученную схему рис. Первое, что необходимо рассмотреть это режим покоя. Через канал транзистора протекает ток Iсп=Iи.п, вызывающий падение напряжения на Rи Uи.п.=Іи.п.Rи. Напряжение Uз.и=-Uи.п., т.е. полевой транзистор работает в режиме обеднения при небольшом отрицательном напряжении на затворе. В режиме покоя на стоке имеется напряжение Uс.п., поэтому для обеспечения u_вых=0 в схему вводится источник компенсирующего напряжения U_комп.=Uс.п..

При подачи сигнала все токи и напряжения транзистора приобретают приращения. При положительном (или отрицательном) u_вх напряжение на затворе увеличивается (или уменьшается), токи iс и iи увеличиваются (уменьшаются), растет (уменьшается) падение напряжения на резисторе Rс уменьшается (увеличивается) напряжение Uси, приращение которого является выходным напряжением каскада Δuси=u_вых. Каскад с ОИ является инвертирующим усилителем, при рассмотрении его структуры и принципа действия можно найти много аналогий с каскадом с ОЭ.

Рис.2.17.

Основываясь на проведенных исследованиях можно говорить, что для получения усилителя с требуемыми свойствами необходимо строить несколько каскадов.

Каждый каскад содержит один усилительный прибор и прочие элементы, обеспечивающие работу каскада. Структурная схема каскада будет при этом иметь вид.

Рис.2.20.

Источники сигналов подают напряжение на входной каскад. Затем на каскадах предварительного усиления происходит усиление сигнала до заданного уровня. Оконечный каскад должен обеспечивать передачу в нагрузку сигнала номинальной мощности при более высоком К.П.Д.. Между оконечным каскадом и каскадом предварительного усиления находится каскад предоконечный, обеспечивающий нормальную работу оконечного каскада. Его задача обеспечить необходимое значение мощности на входе оконечного каскада, т.е. также усиление мощности.

Общий коэффициент усиления и коэффициент частотных искажение определяются на основе коэффициентов каждого из усилителей.

К=К₁.К₂.К₃……К_n и выражение в децибелах

К_дб=К_дб1+К_дб2+К_дб3+…+К_дбn

Фазовый сдвиг

φ=φ₁+φ₂+…+φ_n

На этом мы заканчиваем тему полупроводниковые усилители на транзисторах. Теперь давайте проведем расчет параметров усилителя с ОЭ. Для такого расчета используем схему рис. Эта схема от известных нам раннее отличается наличием делителя R₁ –R₂, используемого для получения режима покоя.

Рис.2.21.

R₁ –создает цепь для протекания тока базы покоя (I_бп)

R₁- R₂ обеспечивают исходное напряжение на базе (U_бп), относительно зажима –

Выводы:

1. Для исключения искажения усиливаемого сигнала, параметры режима покоя должны удовлетворять следующим условиям:

U_кэп> U_вых.м+ U_кэп

I_кп> I_км+ Iко_(э)м

При этом:

Для увеличения коэффициента усиления необходимо сопротивление R_k выбирать в (3-5)раз больше R_н.

2. Выбор Е_к. При выборе Е_к необходимо:

3.

Е_к=U_кэп+U_кп+U_эп

Для надежной работы выбираем U_эп =(0.1-0.3)E_k

3 Выбор сопротивления делителя

R₁R₂ = (2-5)r_вхэ

Теория графов основана на графическом изображении соотношений между различными переменными, характеризующими состояние электрической цепи. Этот метод получил широкое распространение.

Направленные и ненаправленные графы (последние обычно относят к так называемым топологическим методам анализа) позволяют составить оптимальную с точки зрения экономичного использования ЭВМ программу расчете той или иной задачи, причем полностью отпадает необходимость в составлении уравнений или применения метрических методов. Направленные графы.