И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

Рабочую точку транзистора определяют резисторы R 1, R 2, R э, R к, причем делитель R 1R 2определяет напряжение смещения базы, а падение напряжения, возникающее в результате протекания тока эмиттера через резистор R э, — напряжение эмиттера. При заданном напряжении коллектора, равном разности между напряжением питания и падениями напряжений на резисторах R ки R э, устанавливается определенный ток базы.

Параметры элементов, определяющие положение рабочей точки на рабочей характеристике транзистора, обычно подобраны таким образом, чтобы рабочая точка находилась на прямолинейном участке характеристики. Это означает, что при достаточно малых возбуждающих сигналах усилитель работает в классе Аи может рассматриваться как линейная схема. Резистор R эвыполняет, кроме того, функции резистора, стабилизирующего рабочую точку транзистора. Для исключения отрицательной обратной связи по переменному току этот резистор обычно шунтируется конденсатором С эбольшой емкости.

В представленной на рис. 7.7 схеме резистор R вх2символизирует входное сопротивление следующего каскада, которое является параллельным соединением резисторов в цепи базы и входного сопротивления транзистора следующего каскада.

Рис. 7.7. Резистивный усилитель с емкостной связью

В диапазоне средних частот, в котором влиянием действующих в схеме емкостей можно пренебречь, усиление схемы по напряжению выражается следующей формулой:

в которой h 21э— коэффициент передачи по току при коротком замыкании в схеме с ОЭ при малом сигнале; h 11э— входное сопротивление при коротком замыкании в схеме ОЭ при малом сигнале; R вых— сопротивление, полученное при параллельном соединении резисторов R ки R вх2. Знак минус в формуле означает, что фаза выходного напряжения повернута на 180 относительно входного напряжения. Сопротивление R выхне зависит от выходного сопротивления транзистора. Действительно, выходное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ велико, и в связи с этим им можно пренебречь.

В противоположность выходному сопротивлению входное сопротивление транзистора мало и поэтому оказывает существенное влияние на R вых в схеме, нагрузкой которой является следующий каскад усиления. Входное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ примерно равно h 11э. Входное сопротивление транзисторного каскада также снижается из-за шунтирующего влияния параллельного соединения резисторов цепи смещения базы.

При заданном сопротивлении нагрузки усилительного каскада верхняя граничная частота резистивного усилителя зависит от емкости шунтирующей это сопротивление. На рис. 7.7 эта емкость не приведена, поскольку она не оказывает влияния на усиление в диапазоне средних частот, так же как и емкости связи и емкость, включенная параллельно резистору в цепи эмиттера. Цепь, на которую нагружен каскад усиления в диапазоне высоких частот, представлена на рис. 7.8, а . Помимо емкостей, указанных на рис. 7.7, имеются дополнительно выходная емкость транзистора С вых, входная емкость следующего каскада С вх, а также емкость рассеяния С m, которую образуют собственные емкости компонентов и соединительных проводов. Пренебрегая реактивным сопротивлением конденсатора С с2, которое в диапазоне высоких частот мало, можем представить нагрузку усилителя в виде сопротивления Rс подключенной параллельно ему емкостью С 0. Переменный ток транзистора iпротекает через обе ветви цепи. В диапазоне средних частот, где реактивное сопротивление конденсатора С 0велико, практически весь ток протекает через сопротивление R экв. Поскольку падение напряжения на сопротивлении R эквявляется выходным напряжением, то в диапазоне средних частот оно имеет максимальное значение.

Рис. 7.8. Эквивалентная схема ( а) и диаграмма токов ( б) на частоте f h11 RC-усилителя

Реактивное сопротивление конденсатора С 0обратно пропорционально частоте. При некоторой частоте оно становится равным сопротивлению R экв. В этом случае полный ток делится на две части, равные 0,707 значения тока транзистора i, что следует из векторной диаграммы, приведенной на рис. 7.8, б . В соответствии с законом Ома падение напряжения на сопротивлении R эквменяется таким же образом. Спад до 0,707 означает спад на 3 дБ относительно значения, действующего в диапазоне средних частот. Поэтому частота, на которой X с0= R экв. является граничной частотой f в. Эту частоту можно определить, приравняв друг другу X с0и R экви решив полученное уравнение относительно f в:

f в= 1/2π R эквС 0

Из анализа этого уравнения следует, что при заданной емкости С 0 увеличение верхней граничной частоты, а следовательно, расширение полосы усилителя возможно лишь за счет уменьшения сопротивления нагрузки R экв. Выше частоты f вреактивное сопротивление X с0меньше сопротивления R экви поэтому амплитудная характеристика имеет резкий спад.

Коэффициент усиления резистивного усилителя с емкостной связью в диапазоне высоких частот можно рассчитать по следующей формуле:

где К u— коэффициент усиления усилителя в диапазоне средних частот; f— частота, для которой определяют усиление. Видно, что при f= f в К' u= 0,707· К u.

Емкость, шунтирующая резистор нагрузки, оказывает также влияние на фазовый сдвиг между выходным и входным напряжениями. Угол фазового сдвига убывает с ростом частоты и при частоте f всоставляет 135°, т. е. на 45° меньше угла в диапазоне средних частот.

Эти рассуждения относятся к усилителям с относительно малыми верхними граничными частотами. Для усилителей с очень большой шириной полосы пропускания, в которых сопротивление R экв имеет малое значение, усиление в диапазоне высоких частот в большей степени зависит от изменений коэффициента h 21бтранзистора с частотой, чем от емкости С 0.