Усилительный каскад на биполярном транзисторе с ОЭ

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 .