Амплітуда вихідного сигналу - 2 В
малюнок 3.1 # 8209; двохкаскадний підсилювач
У багатокаскадних підсилювачах джерелом сигналу для кожного каскаду є вихідна ланцюг попереднього каскаду, а навантажувальної # 8209; вхідні ланцюг подальшого.
На наведеній схемі ємності c1 і c2, є прохідними, а c3 # 8209; пропускає до вхідної до вхідної ланцюг підсилювального каскаду змінну складову напруги джерела сигналу і не пропускає постійну складову.
В області середніх частот ємності з1. с2 і с3 передбачаються нескінченно великими. Ємності ск. сн (колекторна ємність і ємність навантаження), і паразитні ємності дорівнюють нулю.
РОЗРАХУНОК багатокаскадного ПІДСИЛЮВАЧА
Як правило, підсилювальні пристрої є багатокаскадного, так як за допомогою одного каскаду зазвичай не вдається забезпечити необхідне посилення. Основне посилення за напругою забезпечується в каскадах попереднього посилення. З них зазвичай виділяють вхідний каскад, схема якого залежить від вимог по сполученню з джерелом сигналу, допустимому дрейфу нуля і т.п. Специфікою вихідного каскаду є забезпечення заданої потужності або амплітуди вихідного сигналу, обмеження по допустимому рівню спотворень, робота на низкоомную навантаження і т.д. Предоконечний каскад також може мати специфічні особливості, пов'язані з умовою роботи вихідного каскаду, наприклад, з вимогою забезпечити на його вході значну потужність сигналу.
Кожен каскад розраховується як однокаскадний підсилювач, але з урахуванням забезпечення оптимальних умов узгодження суміжних каскадів.
На практиці застосовуються два режими узгодження. У першому випадку вихідний опір попереднього каскаду робиться приблизно рівним вхідному опору наступного каскаду. Такий режим забезпечує максимальне посилення потужності і застосовується в кінцевих каскадах.
У другому випадку вихідний опір попереднього каскаду суттєво менше, ніж вхідний опір наступного. Такий режим забезпечує найбільше посилення напруги і рівномірну АЧХ і знайшов застосування в попередніх каскадах.
Зв'язок між каскадами зазвичай виконується з використанням блокуючих конденсаторів, але в деяких випадках застосовують трансформаторну зв'язок. Межкаскадная трансформатор є відносно дорогим і важким елементів. Його застосування доцільно лише в тих випадках, коли вихідний опір попереднього каскаду суттєво більше, ніж вхідний опір наступного. Слід зазначити, що застосовуючи міжкаскадні трансформатори, можливо отримати істотно більший коефіцієнт посилення, ніж при ємнісний зв'язку.
Існує також і режим безпосереднього зв'язку між каскадами (без блокуючих конденсаторів або трансформаторів). У цьому випадку два (або більше) каскаду працюють в одному режимі по постійному струмі. Така схема застосовується, наприклад, в операційних підсилювачах.
При побудові широкосмугових підсилювачів на біполярних транзисторах основну увагу приділяють їх частотним властивостями, що дозволяє при заданому коефіцієнті посилення одного каскаду в області середніх частот забезпечити необхідну верхню граничну частоту. а, отже, і площа підсилювача одного каскаду
Якщо багатокаскадний підсилювач з верхньої граничної частотою містить N однакових каскадів, а спотворення на верхніх частотах розподілені між каскадами рівномірно, то зв'язок між і встановлюється співвідношенням
де - функція, що враховує зменшення з ростом числа каскадів.
Якщо окремі однотипні каскади розв'язані між собою за постійним струмом, що призводить до спотворення в області нижніх частот, то нижня гранична частота одного каскаду пов'язана з усього підсилювача співвідношенням
Загальний коефіцієнт посилення N- каскадного підсилювача з урахуванням (1.1) і (1.2)
Максимальна площа посилення диференціального каскаду або каскаду з загальним емітером на біполярному транзисторі може бути оцінена за формулою
де високочастотний параметр визначається паспортними параметрами транзистора.
Якщо задані і. то, використовуючи вираз (1.4) і орієнтуючись на максимальну площу підсилювача. можна оцінити необхідну кількість каскадів підсилювача, підібравши N, що задовольняє умові:
Півтора кратний запас щодо посилення враховує, зокрема, втрати сигналу у вхідному ланцюзі підсилювача. Коефіцієнт К слід брати К = 1 - для найпростіших резистивних каскадів; К = 1.5 - для випадку застосування у всіх каскадах високочастотної корекції. Останнє дозволяє послабити вимоги до частотним властивостями транзистора і забезпечити необхідний коефіцієнт посилення і задану смугу пропускання меншою кількістю каскадів.
В імпульсних підсилювачах основна увага приділяється перехідним спотворень, зокрема, часу встановлення підсилювача. Для підсилювача з N однотипних каскадів пов'язано з необхідним часом встановлення кожного з каскадів співвідношенням
Оскільки підсилювач зазвичай містить один або кілька однакових попередніх каскадів, а також вихідний каскад і вхідний ланцюг з часом встановлення відповідно і. то загальний час встановлення.
Посилення низькочастотних і імпульсних сигналів здійснюється апериодическими підсилювачами. Типова схема двокаскадного резистивного підсилювача представлена на малюнку 3.2.
Малюнок 3.2 - Аперіодичний підсилювач
Елементи підсилювального каскаду виконують такі функції:
- Rб1. Rб2. Rе забезпечують вибране положення робочої точки (РТ) і температурну стабілізацію транзистора;
- Rф. CФ здійснюють розв'язку каскаду в діапазоні підсилюються частот і підвищують стійкість роботи підсилювача;
- Ср розділяє підсилювальні каскади по постійному струму;
- Rк є колекторної навантаженням транзистора;
- Се усуває негативний зворотний зв'язок по змінному струмі;
- g Н провідність споживача.
За умови слабких сигналів, коли вихідний напряженіеUвих істотно менше напряженіяUке, можна вважати, що каскад працює в лінійному режимі. У цьому випадку розрахунок підсилювача зводиться до наступного.
Вихідними даними для кінцевих каскадів безперервних сигналів є: К0 - коефіцієнт посилення; fв і fн - верхня і нижня граничні частоти.
Розрахунок проводиться в такій послідовності.
1. Вибирають тип біполярного транзистора, що дозволяє реалізувати необхідний коефіцієнт посилення і смугу пропускання при заданих частотних спотвореннях:
2. Знаходять навантажувальну колекторну провідність gн для забезпечення заданого посилення і смуги пропускання:
3. Обчислюють вхідну провідність і ємність підсилювального каскаду.
4. Роздільну ємність Ср визначають по заданим спотворень Мн на нижній граничній частоті:
5. І нарешті знаходять ємність Се:
3.4 Розрахунок "Y"-параметрів транзистора
Основними активними приладами підсилюючих пристроїв радіочастотного діапазону є біполярні і польові транзистори. Розрахунок характеристик підсилювачів помірковано високих частот зручно проводити по Y-параметрів транзисторів, певним для обраної робочої точки (РТ) по постійному струм і схеми включення (ОЕ, ПРО, ОК, ОІ, ОЗ, ОС).
В інженерній практиці широко використовується фізична еквівалентна схема біполярного транзистора, представлена на малюнку 3.3, яка досить точно відображає його властивості в частотному діапазоні до 0,5 fт. де fт - гранична частота посилення струму бази в схемі із загальним емітером (ОЕ).
Малюнок 3.3 - Еквівалентна схема біполярного транзистора
Розраховують елементи еквівалентній схеми і Y-параметри біполярного транзистора. Для типового режиму роботи (заданої РТ) зазвичай наводяться такі електричні параметри:
-Uке - постійна напруга колектор-емітер;
-Ік - постійний струм колектора;
- - статичний коефіцієнт посилення струму бази в схемі з ОЕ.
-| H21е | - модуль коефіцієнта посилення струму бази на частоті f або | h21е | f.
-Cк - ємність колекторного переходу.
Елементи еквівалентної схеми визначається за допомогою наступних співвідношень.
Параметр G, що характеризує активність транзисторів:
.
Опір розтікання бази rб:
.
Диференціальний опір емітерного переходу rбе:
Ємність емітерного переходу Се:
Для зручності часто користуються розрахунками активних і реактивних складових провідностей за формулами, максимально використовує дані транзисторів.