Материал: Радиотехнические цепи и сигналы для дистанционного обучения. Останков А.В

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

На рис. 18 приведена упрощённая схема апериодического (резисторного) усилителя на транзисторе. Использовано включение биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером; в цепи коллектора, запитываемого источником ЕП постоянного напряжения, включён резистор с сопротивлением RН, ограничивающий максимальную величину выходного тока. Выходное переменное напряжение снимается с коллектора транзистора, параллельно которому подключен резистор RВХ, имитирующий входное сопротивление последующего каскада. Линейный режим работы усилителя обеспечивается, прежде всего, принудительным выводом рабочей точки на линейные участки вольтамперных характеристик транзистора. Заметим, что исходная рабочая точка соответствует режиму ожидания транзистора входного усиливаемого напряжения; её положение определяется постоянными токами и напряжениями. Возможное положение исходной рабочей точки в линейном апериодическом усилителе показано на рис. 19.

+ЕП

RН

		uВХ	RВХ	uВЫХ
		uВХ
		Рис. 18
iK = f(uБ)			iK = φ(uK)
			EП
			RH
IK0	∆iK РТ		IK0	РТ	IБ0 ∆iK
		∆uБ		∆uK
	UБ0	uБ		UK0	uK
0			0		EП
	2UmВХ
а			б

Рис. 19

Рабочая точка на проходной (и входной) ВАХ транзистора выводится в требуемое положение за счёт обеспечения напряжения смещения на управляющем электроде (рис. 19, а — UБ 0). Схемотехнически смещение может быть реализовано, как минимум, двумя способами: фиксированным током (рис. 20, а), фиксированным напряжением делителя (рис. 20, б).

	+ЕП			+ЕП
RБ	а		RБ1	б
	а			б
	R ≈EП−UБ0					UБ0
	R ≈EП−UБ0			RБ2 ≈ (5...10) IБ0
	Б	IБ0				ЕП−UБ0
UБ0		IБ0		RБ1≈U
			UБ0 RБ2
			UБ0 RБ2		Б0	/R +I	К0	/h
					Б0	Б2	К0	21

Рис. 20

Размах усиливаемого напряжения 2Um ВХ не должен превышать протяжённость проекции линейного участка проходной ВАХ (вблизи рабочей точки) на ось напряжений (рис. 19, а). Это требование составляет второе условие обеспечения линейного режима работы.

На выходной ВАХ транзистора рабочая точка определяется точкой пересечения нагрузочной прямой iK = (EП – uK)/RH и ветви, соответствующей управляющему току (или напряжению) в режиме ожидания (на рис. 19, б – ток IБ 0). Из рис. 19, б видно, что усиление транзистора должно быть таким, чтобы рабочая точка при подаче на вход усиливаемого напряжения не выходила на загибы ВАХ в области насыщения транзистора.

Коэффициент усиления линейного апериодического усилителя (рис. 18), как следует из его схемы замещения по переменной составляющей (рис. 21),

K0 = S RHЭ

(23)

1+(RH Э /Ri )

определяется

крутизной

(S)

статической

проходной ВАХ в рабочей точке

( S ≈

∆iK

рис. 19, а),

эквивалентным

сопротивлением

(RН Э) нагрузки

∆u

uБ =UБ0

(RН Э = RН RВХ / (RН + RВХ)), выходным

дифференциальным

сопротивлением

транзистора (R ) в рабочей точке ( R ≈

∆uK

u =U

, рис. 19, б).

∆iK

iБK=IБ0K 0

+ЕП

S uВХ

RН

RВХ

uВЫХ

RН

CР

CП

RВХ

Рис. 21

Рис. 22

Однако в силу наличия в реальной схеме усилителя вспомогательных, а также паразитных реактивностей (рис. 22) указанный коэффициент усиления K0 реализуем лишь на так называемых средних частотах. На нижних частотах из-за разделительной ёмкости СР на выходе наблюдается спад АЧХ, на верхних частотах к «завалу» АЧХ приводит влияние выходной паразитной ёмкости СП транзистора (или ёмкости нагрузки). Качественно АЧХ реального апериодического усилителя показана на рис. 23, а ( , , — области средних, нижних и верхних частот соответственно), ФЧХ приведена на рис. 23, б.

	K( f )		0 ϕ(f)	f
K0
K0	Пf	а	−90°	б
2	Пf		−180°
2

			f
			f
	0		Рис. 23
			Рис. 23

Приближённое выражение для комплексного коэффициента передачи линейного апериодического усилителя в предположении отсутствия у транзистора паразитных реактивностей, кроме вышеупомянутой ёмкости CП, имеет вид:

		K0		exp[− j(π−arctg	1	)] в области 2,


	1+1/(ω τНЧ )2				ωτНЧ
					(24)
Kɺ(ω) = K0 в области 1,					(24)
		K0	exp[− j(π+arctg(ω τВЧ ))] в области 3,

	1+(ω τВЧ )2
	1+(ω τВЧ )2

где коэффициент K0 определяется формулой (23), а постоянные времени усилителя на нижних (τНЧ) и верхних (τВЧ) частотах — выражениями:

τНЧ =(RН||Ri +RВХ ) СР и τВЧ =RНЭ||Ri СП .

Формула (23) и выражения для τНЧ, τВЧ получены на основе анализа идеализированных схем замещения усилителя на нижних (рис. 24, а), средних (рис. 18) и верхних (рис. 24, б) частотах.

S uВХ	CР		S uВХ	RН	CП
Ri	RН	RВХ				RВХ
				Ri

а	Рис. 24	б
	Рис. 24

Полоса пропускания апериодической схемы усилителя в герцах, —

		1	1		1		1
Пf	=			−		≈		.	(25)
			τВЧ				2π τВЧ
		2π			τНЧ

Для удобства совмещения и наблюдения на графике АЧХ быстро нарастающих (в области нижних частот) и медленно спадающих (в области верхних частот) участков используют логарифмическую АЧХ (ЛАЧХ). Ось частот при этом изображают в логарифмическом масштабе, откладывая значения частот по декадам (реже — по октавам). Заметим, что декада — интервал, соответствующий изменению частоты в 10 раз; октава — в два раза. Значения АЧХ указываются по вертикальной оси в дБ (децибелах) (рис. 25). Если на какой-то частоте f значение АЧХ усилителя составляет K, то это соответствует L( f ) = 20 lgK в децибелах (например, если K = 100, то 20 lg100 = 40 дБ). Значения ФЧХ откладывают по вертикали в абсолютных значениях (градусы или радианы), частоты — также по декадам.

	L(f) = 20 lgK( f ), дБ						3дБ
20 lgK0							3дБ
20 lgK0
			Пf					f,
								f,
0.1	1	10	102	103	104	105	106	Гц
			Рис. 25

Анализируя частотные характеристики линейного апериодического усилителя (рис. 25), несложно сделать вывод: усиление с минимальными линейными искажениями возможно при воздействии на входе сигнала, спектр которого не выходит за пределы полосы пропускания усилителя.

Если постоянная времени усилителя на нижних (τНЧ) частотах мала (например, за счёт малой величины СР) настолько, что области практической ширины спектра усиливаемого сигнала соответствует линейно нарастающий

участок ЛАЧХ (область на рис. 25), тогда выходной сигнал претерпевает операцию дифференцирования. Действительно, из теории известно, что АЧХ (ЛАЧХ) дифференцирующей цепи линейна: KДИФ( f ) = k f

(LДИФ( f ) = [20 lg k + 20 lg f ] – прямая, нарастающая со скоростью 20 дБ на декаду). Если же постоянная времени усилителя на верхних (τВЧ) частотах велика (например, за счёт большой паразитной ёмкости СП или ёмкости нагрузки), а ширина спектра усиливаемого сигнала такова, что основная доля мощности сигнала приходится на участок ЛАЧХ усилителя (рис. 25), то при усилении сиг-

нал подвергается операции интегрирования (KИНТ( f ) = k / f, LИНТ( f ) = [20 lg k – 20 lg f ] — прямая, спадающая со скоростью 20 дБ на декаду).

4.3. Описание виртуального стенда

Для выполнения исследований следует загрузить схемный файл «Resistance amplifier.ewb».

Схема виртуальной установки после загрузки рабочего схемного файла выглядит так, как показано на рис. 26.

	S2 [2]
E
20 V		C2
R1	R3	[N]/100 nF/50%
R1	R3
25 kΩ	200 Ω	C3	S3
	5	100 µF	[3]
	5		[3]
C1			6
C1
100 µF		C4
2	VT	C4
	VT	[С]/10 nF/50%
	2N3904	[С]/10 nF/50%
	2N3904
S1			R4
S1			5 kΩ
[1]			5 kΩ
[1]

5 kΩ

Рис. 26

В качестве активного элемента использован биполярный транзистор (VT на рис. 26). Конкретный тип биполярного транзистора, указанный для Вашего номера варианта в табл. 12, устанавливается после вызова меню «Component Properties» двойным щелчком мышки по иконке компонента. Перейдя к закладке «Models», следует выбрать соответствующую типу транзистора модель (Model) в библиотеках (Library) 2n, 2n3xxx, nationl2 или zetex.

Источник: https://studfile.net/preview/16563732/

Смотрите также:

17. Введение 18. Линейные программы 19. Ветвления 20. Программирование циклических алгоритмов
Сборные железобетонные ребристые плиты перекрытия
_-___-~1
_3 тема - Диффузия
_Роджерс Карл, Брак и его альтернативы
- Описание типа СЭТ7009
- Программа ГПИ
'Заповит' Рейнгольда Глиэра: стилистические особенности
'Просвещенный абсолютизм' Екатерины II и его влияние на развитие русской культуры
'Создание и продвижение интернет - платформы реферальной системы' на примере компании Бартер–кард