Исследование входной цепи каскада

Для определения сквозного коэффициента передачи напряжения U₂/E_Г необходимо найти отношение U₁/E_Г, т.е. исследовать входную цепь ступени. Для этого предварительно определим ее входную проводимость, расположенную вправо от штриховой линии рис.4.1.

.

Используя входную цепь полевого транзистора, приведенную в разделе 2, запишем: или

,

где -

комплексные Y -параметры входной цепи полевого транзистора при включении с общим истоком, - коэффициент передачи напряжения выходной цепи.

Поскольку максимален в области средних частот, то в выражение Y_ВХ обычно подставляют его наибольшее значение- К_о, тогда:

.

Вводится понятие входной динамической емкости каскада . (4.6)

Используя (4.6), найдем коэффициент передачи входной цепи каскада: , которая приведена на рис.4.5

Исследование проводят, как и выходной цепи, в трех частотных диапазонах. В области низких частот полагают, что сопротивление входной динамической емкости существенно больше сопротивления параллельно включенных резисторов делителя R ₁, R ₂, и поэтому из схемы рис.4.5 С_вх(g) можно исключить. Сравнивая схемы рис.4.5 и рис.4.3а, заключаем, что топология их одинакова, если генератор напряжения c внутренним сопротивлением R_Г, рис.4.5, заменить эквивалентным генератором тока. Ввиду этого комплексный коэффициент передачи входной цепи в области низких частот записывается в форме, аналогичной (4.2):

, (4.6)

где - коэффициент ослабления сигнала в области средних частот,

- постоянная входной цепи в области низких частот.

В области средних частот полагают, что сопротивление конденсатора С_Р существенно меньше, а конденсатора С _ВХ(д) существенно больше сопротивлений базового делителя. При этом схемы рисунков 4.3.б и 4.5 будут одинаковыми, поэтому в области средних частот:

В области высоких частот учитывают емкость С _ВХ(g), а конденсатор С _Р как и в области средних частот исключают, положив его сопротивление равным нулю. Тогда схемы рис.4.5 и рис. 4.3. имеют одинаковую топологию, следовательно:

, (4.7)

где -

постоянная входной цепи в области высоких частот, g_r, g ₁, g ₂ – проводимости источника сигнала и токового делителя. Сравнивая выражения и K_U для входной и выходной цепи каскада в трех частотных диапазонах, приходим к заключению, что характер частотных и фазовых искажений сигнала в этих цепях одинаковый.

Очевидно, что если входная и выходная цепи резисторного каскада вызывают частотные искажения сигнала в области низких и высоких частот, то частотные искажения сигнала, определяемые сквозным коэффициентом передачи, будут больше по сравнению с искажениями во входной и выходной цепи.

Сквозные комплексные коэффициенты передачи напряжения каскада на полевом транзисторе, частотная и фазовая характеристики в области низких, средних и высоких частот, записываются на основании выражений, приведенных в гл2. В этой главе показано, что сквозная частотная характеристика каскада равна произведению частотных характеристик входной и выходной цепей, а результирующая фазовая определяется суммой фазовых характеристик этих цепей.

Поэтому:

(4.8)

сквозной комплексный коэффициент передачи для области низких, средних и высоких частот, его частотная и фазовая характеристики.

Резисторный каскад с биполярным транзистором

Исследуем резисторный каскад с биполярным транзистором, принципиальная схема которого приведена на рис.4.6. Сравнивая схемы рис.4.1 и 4.6, видим, что структура их одинаковая. При отсутствии специальных соображений следует выбирать исходное положение рабочей точки, которое указывается в справочнике. Следует, однако иметь в виду, что более низкому положению рабочей точки соответствует несколько меньшая крутизна, а при смещении в сторону меньших напряжений на коллекторе увеличивается емкость C_КБ, что приводит к уменьшению верхней граничной частоты.

Рис.4.6

Сопротивление коллектора R_K находится из соотношения R_K~ (E_П-U₂₀)/I₂₀, если учесть, что сопротивление эмиттера обычно удовлетворяет условию R_Э =(0,1-0,15) R_K. При этом обеспечивается малое падение постоянного напряжения на резисторе R_Э по сравнению с напряжением на резисторе R_{K .}

Напряжение на резисторе R₂:

U_R2=U₁₀+(I₂₀+I₁₀)R_Э~U₁₀+I₂₀R_Э,

поскольку стационарный ток базы I ₁₀ обычно существенно меньше стационарного тока коллектора I₂₀.

В разделе 4.7 показано, что напряжение U₁₀ в каскадах на кремниевых биполярных транзисторах малой и средней мощности слабо зависит от величины тока I₂₀ и составляет примерно 0,65-0,7 В. Таким образом, напряжение U_R2 = U₁₀ +(0,1-0,15) (E_П-U₂₀).

Для термостабилизации тока коллектора I₂₀ величина постоянного тока в резисторе R₂ должна составлять(5-7) I₁₀, тогда:

R₂=U_R2 /(5-7)I₁₀,

где I₁₀~I₂₀/B, B- статический коэффициент усиления тока транзистора приближенно равный дифференциальному коэффициенту h₂₁(э). При выполнении указанного выше соотношения напряжение на резисторе U_R2 практически не будет зависеть от температуры транзистора и будет способствовать стабилизации тока I₂₀, поскольку в каскаде присутствует последовательная обратная связь по постоянному току (см также раздел 4.7).

Номинал резистора R₁ определяется из очевидного соотношения: R₁=(Е_П-U_R2)/(6-8)I₁₀.

О

I20

I 10

α0

I2

U 20

U 2

Е П

	Рис.4.7

U1

Рис.4.7

Входная ВАХ

U10

Выходные вольтамперные характеристики транзистора VT1 с линией нагрузки постоянному току приведены на рис.4.7. Угол α₀= arctg I₂₀/(Е_П-U₂₀) определяется величиной суммы сопротивлений R_-= R_K+R_Э.

Исследование каскада начнем с выходной цепи, для чего изобразим её эквивалентную схему рис.4.8.

αα