Методом эквивалентных схем

Модуль 1. Схемотехника элементов аналоговых электронных устройств

 

Лекция 2

 

ПРОСТЕЙШИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ

 

Время проведения – 6 часов

 

1 часть (3 часа)

 

Учебные вопросы:

 

1. Анализ усилительных каскадов в малосигнальном режиме методом эквивалентных схем.

2. Каскады на биполярных транзисторах.

3. Способы коррекции АЧХ.

 

 

Анализ усилительных каскадов в малосигнальном режиме

методом эквивалентных схем

 

В схемах усилителей токи и напряжения содержат как постоянные, так и переменные составляющие (рис. 1.1):

, ,

, .

 

Рис. 1.1

 

Постоянные составляющие и необходимы для того, чтобы обеспечить нужное смещение транзистора. Переменные составляющие и содержат полезную информацию. Эти составляющие необходимо усилить и передать без искажения.

Для упрощения анализа усилителей используют метод наложения, т.е. рассчитывают схему отдельно для переменной и постоянной составляющих. Переменные (сигнальные) составляющие имеют значительно меньшую величину, чем постоянная. Поэтому расчет по переменной составляющей называют анализом в малосигнальном (линейном) режиме. Модели транзистора для малосигнального режима содержат только линейные элементы.

Параметры транзисторных усилителей, характеризующие их работу в малосигнальном режиме, называют малосигнальными параметрами. При воздействии малого сигнала транзистор рассматривают как линейный активный несимметричный четырёхполюсник (рис. 1.2). Этот четырёхполюсник (ЧП) имеет ту особенность, что у него всегда один из выводов является общим для цепей входа и выхода.

 

Рис. 1.2

 

В соответствии с теорией ЧП входные и выходные напряжения и токи транзистора однозначно связаны между собой системой из 2-х уравнений, содержащих 4 параметра четырёхполюсника. Существует ряд систем параметров ЧП. Анализ работы транзисторов в малосигнальном режиме обычно проводят на базе систем Y- и H-параметров:

В области низких и средних частот взаимосвязи между сигнальными (переменными) составляющими токов и напряжений в транзисторных усилителях определяются вещественными значениями малосигнальных параметров g и h:

Данные соотношения удобно в целях наглядности представить в виде эквивалентных схем замещения ЧП (рис. 1.3). В этих схемах независимые генераторы тока характеризуют степень управляющего воздействия входного напряжения (обратной связи) на выходной (входной) ток.

 

а б

Рис. 1.3

 

Физический смысл g -параметров определяют следующим образом:

– входная проводимость транзистора;

– проводимость обратной связи транзистора;

– крутизна транзистора;

– выходная проводимость транзистора.

Система g -параметров удобна тем, что в ней все малосигнальные параметры имеют размерность проводимости.

 

Физический смысл h -параметров:

– входное сопротивление транзистора при коротком замыкании (КЗ) на выходе;

– коэффициент обратной связи по напряжению;

– дифференциальный коэффициент передачи по току;

– выходная проводимость транзистора при холостом ходе (ХХ) на входе.

Система h -параметров удобна тем, что требует обеспечения ХХ на входе транзисторного усилителя () и КЗ на выходе (), что легко осуществимо на практике.

Отметим, что g - и h -параметры являются дифференциальными. На высоких частотах между переменными составляющими токов и напряжений появляются фазовые сдвиги, и параметры становятся комплексными (Y, H).