Усилительных параметров

Режимы работы усилительных каскадов зависят от способа включения и параметров усилительных элементов, а также от построения питающих цепей и расположения точки покоя на нагрузочной линии.

Упражнение 3.1. Поясните, почему для каскадов с ОЭ (ОЩ имеет место, а для каскадов с ОБ, ОК. (03, ОС) не имеет место инвертирование выходного напряжения? Изобразите принципиальные схемы включения усилительных элементов: ОЭ, ОБ, ОК и ОИ, ОЗ, ОС и поясните принцип их работы.

Шумы в усилительных устройствах в основном определяются шумами активных сопротивлений и усилительных элементов (транзисторов, интегральных микросхем), расположенных во входных цепях (или каскадов) усилителей. Наличие собственных источников шумов ограничивает возможность усиления слабых сигналов.

Формулы (5.7) — (5.9) применимы для схем включения усилительных элементов с ОБ, OK, O3 и ОС.

Широкополосные бестрансформаторные усилители при наличии подходящих транзисторов могут выполняться по схемам на 6.11, 6.13 и 6.14. А при использовании транзисторов — одной и той же структуры, например, по схеме на 6.16. Особенностью данного каскада является последовательное возбуждение (управление) усилительных элементов, при котором входное напряжение поступает на базу ведущего транзистора 1/2, при этом напряжение сигнала, снимаемое с коллектора V2, оказывается инвертированным по отношению к действующему на входе; поэтому транзисторы 1/2 и 1/з работают противофазно, что и требуется для двухтактного каскада.

Усилитель — устройство, увеличивающее мощность (напряжение, силу тока) входного сигнала за счет энергии внешних источников питания посредством усилительных элементов (полупроводниковых приборов, электронных ламп и др.).

Возможна и другая классификация усилителей, например по типу используемых усилительных элементов (полупроводниковые, электронно-ламповые и др.).

Простейшие схемы усилителей напряжения, построенные на различных типах усилительных элементов, приведены на 11.8, а —г. В табл. 11.1 представлены характеристики в режиме покоя усилителей, показанных на 11.8, а-г, а в табл. 11.2 —их схемы замещения по переменной составляющей и основные параметры. Усилители с общим катодом (истоком, эмиттером), схемы которых представлены на 11.8, а —в, инвертируют входной сигнал (меняют его знак на противоположный). Схема усилителя с инвертированием сигнала изображена на 11.9, а.

При подаче на вход усилителя синусоидального сигнала большой амплитуды возникают нелинейные искажения выходного сигнала. Основной причиной этих искажений является нелинейность выходных характеристик усилительных элементов усилителя. В усилителе на биполярном транзисторе искажения возникают также из-за нелинейности его входных характеристик. На 11.11 показано построение выходного сигнала усилителя при синусоидальных входных сигналах различной амплитуды.

Усилитель мощности работает в режиме класса А, если его усилительные элементы (электронные лампы, транзисторы) усиливают обе полуволны синусоидального входного сигнала, и в режиме класса В, если каждый из усилительных элементов усиливает одну полуволну синусоиды входного сигнала. Если усилительные элементы усиливают более одной полуволны синусоидального входного сигнала (но не обе полуволны целиком), то усилитель работает в режиме класса АВ. Усилители, работающие в режиме классов В и АВ, строят по двухтактным схемам.

Транзисторные ключи. Ключ — элемент, осуществляющий под действием управляющих сигналов различные коммутации, включение и выключение пассивных и усилительных элементов, источников питания и т. д. В статическом режиме ключ находится в одном из двух состояний: замкнутом (включенном) или разомкнутом (выключенном).

Глава 2 посвящена расчетным соотношениям для усилителей на дискретных элементах. Здесь затрагиваются методы расчета режима и усилительных параметров при различных способах включения транзисторов. Сюда же включены задачи по расчету важнейших транзисторных структур, таких, как дифференциальный каскад, схема сдвига уровня, генератор стабильного тока и выходной каскад на комплементарной паре.

Решение. Для истокового повторителя из усилительных параметров имеют смысл коэффициент передачи по напряжению, входное 2.14 и выходное сопротивления.

Для расчета усилительных параметров каскадов пользуются другим методом расчета нелинейных цепей, основанном на линеаризации нелинейных вольт-амперных характеристик транзистора (см. 1.7). Линеаризация нелинейных характеристик неизбежно связана с потерей инфор-

Перейдем к количественной оценке усилительных параметров дифференциального каскада. Построим схему замещения каскада для переменных составляющих (приращений) по методике, изложенной в § 2.4. Для этого заменим транзисторы схемами замещения 2.6 (пренебрегаем лк*«оо), закорачиваем источники постоянных напряжений +?KI и —ЕЮ и разрываем цепь постоянного тока /31 + /32), т. е. резистор Ra заменяем разрывом цепи, так как через ^э протекает ток, в котором отсутствуют приращения: для них его сопротивление равно бесконечности. Схема замещения дифференциального каскада приведена на 2.11. Поскольку i3i + (32=const, то JBI + im— fei + + 'зз)/(р+1) —const, следовательно, Д/Б2=—Л/БЬ Приращения входного тока источника ивх! протекают через V\,

По сравнению с Raax в (2.9) здесь оно возросло вдвое. Полученные значения Кихх, RBX и /?иых можно использовать для построения обобщенной схемы замещения дифференциального каскада (см. 2.8,6), ко входу которой приложена разность м„х1 — "вхо. Для расчета других усилительных параметров каскада воспользуемся выражениями (2.10) — • (2.12).

Для расчета усилительных параметров каскада построим схему замещения в соответствии с правилами, изложенными в § 2.4. Схема замещения каскада с ОК приведена на 2.13,6. Находим основные усилительные параметры:

Для расчета усилительных параметров каскадов пользуются другим методом расчета нелинейных цепей, основанном на линеаризации нелинейных вольт-амперных характеристик транзистора (см. 1.7). Линеаризация нелинейных характеристик неизбежно связана с потерей инфор-

Перейдем к количественной оценке усилительных параметров дифференциального каскада. Построим схему замещения каскада для переменных составляющих (приращений) по методике, изложенной в § 2.4. Для этого заменим транзисторы схемами замещения 2,6 (пренебрегаем гк*Л2оо), закорачиваем источники постоянных напряжений -f-?Vi и —Ею и разрываем цепь постоянного тока /si + /эг), т. е. резистор R3 заменяем разрывом цепи, так как через /?э протекает ток, в котором отсутствуют приращения: для них его сопротивление равно бесконечности. Схема замещения дифференциального каскада приведена на 2.11. Поскольку гэ1 + i32=const, то 1ъ\ + г'в2= (hi + + ('э2)/(Р+1) =const, следовательно, А/б2=—Д/бь Приращения входного тока источника uaKi протекают через V\,

По сравнению с /?Вых в (2.9) здесь оно возросло вдвое. Полученные значения Киш, Rex и /?вых можно использовать для построения обобщенной схемы замещения дифференциального каскада (см. 2.8,6), ко входу которой приложена разность «Exi—«вх2- Для расчета других усилительных параметров каскада воспользуемся выражениями (2.10) — (2.12).

Для расчета усилительных параметров каскада построим схему замещения в соответствии с правилами, изложенными в § 2.4. Схема замещения каскада с ОК приведена на 2.13,6. Находим основные усилительные параметры:

3. Значения усилительных параметров, обеспечивающих эффективность ключевых свойств, и их вариация в заданном режиме нагрузки.