Цепи межкаскадной связи и их влияние на свойства усилителя
Прочитать и письменно ответить на вопросы.
Лекция 10
Типовые усилительные каскады
Усилительный каскад – минимальная часть усилителя, сохраняющая его функции. Обычно содержит один или несколько усилительных элементов (например, транзистор, лампа) и относящиеся к нему пассивные элементы, обеспечивающие его работу.
Принцип электронного усиления
Простейшая схема усилительного каскада на биполярном транзисторе.
Рис. 1
Содержит транзистор и резистор RК, включенный в цепь коллектора последовательно с источником питания. Во входной цепи последовательно с источником переменного усиливаемого напряжения uВХ включен источник постоянного напряжения смещения UСМ. Переменная составляющая тока коллектора, протекающая через RК, выполняющий функции коллекторной нагрузки, может быть снята с коллектора, например, через разделительный конденсатор.
Рассмотрим работу этого каскада. В исходном состоянии или режиме покоя входное напряжение рано нулю. При этом напряжение на базе равно UСМ, а ток коллектора и напряжение на нём в исходной рабочей точке равны IK0 и U K0= EП- IK0 RК.
Пусть теперь подаётся входное переменное напряжение uВХ=UmВХsinwt. Это входное напряжение изменяет по гармоническому закону ток базы. А так как ток коллектора пропорционален току базы Iк=bIб, то оно дополнительно открывает транзистор, увеличивая ток коллектора, в первый полупериод, и частично закрывает, уменьшая ток коллектора, во второй. В результате ток коллектора изменяется около значения в исходной рабочей точке тоже по закону синуса: iК=IК0+ImКsinwt. Мгновенное значение напряжения коллектор-эмиттер uК=UК0+UmКsinwt, где UmК= RКImК – амплитуда его переменной составляющей. Здесь RК играет преобразователя тока в напряжение.
|
|
|
При достаточно большом RК оказывается UmК>UmВХ, т.е. каскад создаёт усиление по напряжению. Благодаря большому внутреннему сопротивлению входной цепи транзистора включение сопротивления RК почти не уменьшает амплитуду переменного тока коллектора, т.е. транзистор выступает в роли управляемого генератора сигнального тока, а RК – в роли преобразователя этого тока в сигнальное напряжение.
Так же при достаточно малом RК обеспечивается и усиление по току, то есть оказывается, что ImК>ImВХ. А так как P=UI ,то в этом случае следует говорить об усилении мощности, то есть Pвых>Pвх. То есть мощность выходного сигнала больше мощности входного.
Основные структурные схемы многокаскадных усилителей
Соединение каскадов в многокаскадных усилителях может происходить двумя способами.
1. Параллельное
Рис. 2
|
|
|
2. Последовательное
Рис. 3
Свойства многокаскадного усилителя зависят от свойств каждого из усилительного каскадов. При параллельном соединении суммарный коэффициент усиления можно рассчитать как сумму коэффициентов всех каскадов, при последовательном, как произведение.
Принципиальная схема каскада
Усиление в каскаде на транзисторе обеспечивается за счёт того, что коллекторный ток, являющийся выходным больше базового тока, являющегося входным. Следовательно, при построении усилительного каскада следует каким-либо образом обеспечивать протекание входного тока через базовую цепь, а выходной ток оценивать в цепи коллектора, и снимать выходное напряжение с какого либо резистора – преобразователя тока в напряжение.
Рис. 4
В данной схеме резистор RБ задаёт рабочую точку транзистора, обеспечивая протекание начального тока смещения через база-эмиттерный переход транзистора. Входной сигнал переменного тока, протекающий через разделительную ёмкость (или ёмкость связи) СС1 обеспечивает увеличение или уменьшение начального тока базы, также вызывая изменение тока коллектора. Выходное напряжение снимается с коллектора через разделительную ёмкость СС2 и поступает в нагрузку – потребитель усиленного сигнала. Разделительные ёмкости СС служат для предотвращения протекания постоянных составляющих тока через цепь нагрузки и через цепь источника сигнала, и, следовательно, предотвращения изменения положения рабочей точки.
|
|
|
В целом каскады состоят из усилительного прибора (транзистор, полевой или биполярный, лампа и т.д.), радиоэлементов задающих рабочую точку усилительного прибора и цепей межкаскадной связи.
Основные параметры каскада
1. Коэффициент усиления, определяемый как отношение амплитуды входного и выходного сигнала K=Uвых/Uвх.
2. Нижняя граничная частота усиления. То есть та минимальная частота, на которой обеспечивается допустимый уровень линейных, частотных искажений.
3. Верхняя граничная частота усиления. То есть та максимальная частота, на которой обеспечивается допустимый уровень линейных, частотных искажений.
4. Коэффициент нелинейных искажений
,
где Pi – мощности высших гармоник сигнала, появившихся в результате нелинейных искажений; P1 – мощность основной гармоники.
5. Максимальное выходное напряжение.
6. Максимальный выходной ток.
7. Максимальная выходная мощность.
|
|
|
8. Входное сопротивление. Активное и реактивное.
9. Выходное сопротивление. Активное и реактивное.
Цепи межкаскадной связи и их влияние на свойства усилителя
Цепи межкаскадной связи можно разделить на три типа: непосредственная, ёмкостная и трансформаторная.
1. Непосредственная
Рис. 5
На данной схеме представлены два каскада, соединённые непосредственно. То есть выход первого каскада соединён со входом второго без участия каких-либо цепей связи. Соединение такого типа характеризуется отсутствием дополнительных частотных искажений, но его использование осложняется тем, что положение рабочей точки второго каскада зависит от положения рабочей точки первого каскада.
3. Емкостная связь
Рис. 6
На данной схеме представлены два каскада, соединённые между собой при помощи ёмкости. При таком соединении положение рабочих точек каскадов оказываются независимыми, но из-за того, что реактивное сопротивление разделительных ёмкостей зависят от частоты, вся АЧХ такого многокаскадного усилителя будет зависеть от величины ёмкости связи. При росте величины этой ёмкости будет происходить снижение нижней граничной частоты усиления.
4. Трансформаторная связь
Рис. 7
На данной схеме представлены два каскада, соединённые между собой при помощи трансформатора. В этом случае рабочие точки каскадов так же остаются независимыми. Частотная зависимость коэффициента усиления будет определятся частотными свойствами трансформатора.
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 24; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!