каскад с ОЭ имеет максимальный коэффициент передачи по мощности .
Если входного сигнала нет, то каскад работает в режиме покоя. С помощью резистора задается ток покоя базы . Ток покоя коллектора . Напряжение коллектор-эмиттер покоя . В режиме покоя напряжение составляет десятки и сотни мВ (обычно 0,5…0,8 В). При подаче на вход положительной полу-волны синусоидального сигнала будет возрастать ток базы, а, следова-тельно, и ток коллектора. В результате напряжение на возрастет, а напряжение на коллекторе уменьшится, т.е. произойдет формирование отрицательной полуволны выходного напряжения. Таким образом, каскад с ОЭ осуществляет инверсию фазы входного сигнала на .
Полная электрическая схема усилительного каскада с ОЭ приведена на рис.2.11.
В отличие от ранее рассмотренного каскада (рис.2.9) здесь применена эмитерная схема термостабилизации (), обеспечивающая лучшую стабильность режима покоя. Конденсатор необходим для шунтирования с целью соединения эмиттера транзистора с общим проводом на частотах сигнала.
Приведем эквивалентную схему каскада для частот сигнала (рис.2.12).
С целью упрощения анализа каскада выделяют на АЧХ области НЧ, СЧ и ВЧ (см. рис.2.2), и проводят анализ отдельно для каждой частотной области.
Эквивалентная схема каскада в области СЧ приведена на рисунке 2.13.
Как видно, эта схема не содержит реактивных элементов, т.к. в области СЧ влиянием на АЧХ разделительных () и блокировочных () емкостей уже можно пренебречь, а влияние инерционности БТ и еще незначительно.
Проведя анализ схемы, найдем, что , где ;
, где ; .
Эти соотношения получены в предположении, что низкочастотное значение внутренней проводимости транзистора много меньше и . Это условие (если не будет оговорено особо) будет действовать и при дальнейшем анализе усилительных каскадов на БТ. Такое допущение справедливо потому, что БТ является токовым прибором и особенно эффективен при работе на низкоомную нагрузку.
Эквивалентная схема каскада в области ВЧ приведена на рисунке 2.14.
Поведение АЧХ в этой области определяется влиянием инерционности транзистора и емкости .
Проведя анализ согласно методике раздела 2.4, получим выражение для коэффициента передачи каскада в области ВЧ: ,
где - постоянная времени каскада в области ВЧ.
Постоянную времени каскада для удобства анализа представим так:где - постоянная времени транзистора (),
- постоянная времени выходной цепи транзистора,
- постоянная времени нагрузки, .
Входную проводимость представим в виде: ,где - входная динамическая емкость каскада,
.
Выходная проводимость определится как ,
где - выходная емкость каскада, .
Выражения для относительного коэффициента передачи и коэффициента частотных искажений в комментариях не нуждаются:
, , , ,
По приведенным выражениям строится АЧХ и ФЧХ каскада в области ВЧ.
Связь коэффициента частотных искажений и выражается как
.
В n-каскадном усилителе с одинаковыми каскадами наблюдается эффект сужения полосы рабочих частот, который можно скомпенсировать увеличением верхней граничной частоты каскадов до .
Эквивалентная схема каскада в области НЧ приведена на рис 2.15.
Поведение АЧХ в этой области определяется влиянием разделительных () и блокировочных () емкостей.
Влияние этих емкостей на коэффициент частотных искажений в области НЧ каскада можно определить отдельно, используя принцип суперпозиции. Общий коэффициент частотных искажений в области НЧ определится как ,
где N - число цепей формирующих АЧХ в области НЧ.
Рассмотрим влияние на АЧХ каскада. Проведя анализ согласно методике раздела 2.4, получим выражение для коэффициента передачи в области НЧ: ,
где - постоянная времени разделительной цепи в области НЧ.
Постоянная времени разделительных цепей в общем случае может быть определена по формуле ,
где - эквивалентное сопротивление, стоящее слева от (обычно это выходное сопротивление предыдущего каскада или внутреннее сопроти-вление источника сигнала), - эквивалентное сопротивление, стоящее справа от (обычно это входное сопротивление следующего каскада или сопротивление нагрузки).
Для рассматриваемой цепи постоянная времени равна: .
Выражения для относительного коэффициента передачи и коэффициента частотных искажений в области НЧ таковы: , , ,
,
и в комментариях не нуждаются. По этим выражениям оценивается влияние конкретной цепи на АЧХ и ФЧХ каскада в области НЧ.
Связь между коэффициентом частотных искажений и нижней граничной частотой выражается формулой
.
Аналогичным образом учитывается влияние других разделительных и блокировочных цепей, только для блокировочной эмиттерной цепи постоянная времени приблизительно оценивается величиной т.к. сопротивление БТ со стороны эмиттера приблизительно равно (см. подраздел 2.4.1), а влиянием в большинстве случаев можно пренебречь, т.к. обычно << .
Результирующую АЧХ и ФЧХ каскада в области НЧ можно построить, используя уже упоминавшийся принцип суперпозиции.
В n-каскадном усилителе с одинаковыми каскадами наблюдается эффект сужения полосы рабочих частот, который в области НЧ можно скомпенсировать уменьшением нижней граничной частоты каскадов до .
ОЭ | ОБ | ОК | |
Rвх | сотни Ом | ед-деятки Ом | ед кОм |
Rвых | ед кОм | ед кОм | ед-десятки Ом |
Ku | >>1 | >>1 | <<1 |
KI | >>1 | ≤1 | >>1 |
Kp | Ku KI | ≈ Ku | ≈ KI |