Анализ каскада предварительного усиления
Анализ резисторного каскада в области средних частот и анализ резисторного усилителя на высоких частотах. Определение коэффициента частотных искажений на верхней граничной частоте. Модуль комплексного коэффициента усиления в области низких частот.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.01.2015 |
| Размер файла | 325,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Анализ каскада предварительного усиления
1. Анализ резисторного каскада в области средних частот
Методика анализа резисторного каскада предварительного усиления рассмотрено в предыдущей лекции. Для упрощения математических выкладок анализ проводится отдельно на средних, высоких и нижних частотах. Проанализируем усилительный каскад на полевом транзисторе (рис.5.1). Для этого каскада построим полную эквивалентную схему (рис.5.5.).
В области средних частот влиянием всех емкостей можно пренебречь, так как сопротивление С1 близко к нулю, а сопротивление C0 бесконечно большое. Поэтому эквивалентная схема для средних частот будет иметь вид, изображенный на рис.6.1
Рис.6.1. Эквивалентная схема резисторного каскада на СЧ.
Общая проводимость параллельно включенных цепей определяется выражением:
. (6.1)
Коэффициент усиления на средних частотах является вещественным и определяется:
(6.2)
Для полевых транзисторов справедливы следующие соотношения: , , поэтому
. (6.3)
Таким образом, коэффициент усиления на средних частотах определяется произведением крутизны усилительного элемента S сопротивления и не зависит от частоты. Следовательно, чем больше крутизна S и сопротивление нагрузки , тем больше коэффициент усиления. Фазовый сдвиг на средних частотах равен нулю.
2. Анализ резисторного усилителя на высоких частотах
В области высоких частот емкостное сопротивление 1/jщC1 конденсатора С1 становится еще меньше, чем в области средних частот, поэтому его можно по-прежнему заменить коротким замыканием. Однако в области высоких частот надо учитывать влияние емкостей ,,См , так как их проводимости возрастают. Вследствие чего уменьшается емкостное сопротивление 1/jщCо, увеличивается шунтирующее действие.
С учетом вышесказанного эквивалентная схема резистивного усилителя в области верхних частот примет вид, изображенный на рис.6.2
Рис.6.2. Эквивалентная схема резисторного каскада в области ВЧ.
По эквивалентной схеме (рис.6.2) определим выходное напряжение и комплексный коэффициент усиления
(6.4)
где фв=С0R- постоянная времени в области ВЧ.
Модуль коэффициента усиления на верхних частотах определяется выражением:
(6.5)
и представляет собой частотную характеристику усилителя в области верхних частот (рис.6.3).
Рис.6.3. АЧХ в области ВЧ при различных значениях С0.
С увеличением частоты уменьшается, вследствие чего увеличивается шунтирующее действие. По этой причине уменьшается выходное напряжение и коэффициент усиления.
Найдем верхнюю граничную частоту усилителя, на которой модуль коэффициента усиления . Следовательно, приравнивая (6.5.) к значению , получим:
. (6.6)
Из выражения (6.6) следует, что обратно пропорционально емкости C0. С уменьшением С0 увеличивается верхная граничная частота и полоса пропускания усилителя (см. рис.6.3). Для расширения полосы пропускания в область высших частот необходимо уменьшать постоянную времени . Емкость C0 складывается из емкостей ,,См и зависит от выбранного усилительного элемента. Следовательно, уменьшение постоянной времени возможно лишь за счет уменьшения . Однако это вызывает снижение коэффициента усиления (рис.6.4).
Рис.6.4. АЧХ в области ВЧ при различных значениях Rн.
Рассмотрим фазовый сдвиг, создаваемый усилителем в области верхних частот. Чтобы определить его, представим в виде суммы вещественной и мнимой частей, для этого выражение умножим и разделим на комплексную величину, сопряженную со знаменателем:
(6.7)
Тангенс угла фазового сдвига равен отношению мнимой части к
вещественной:
(6.8)
С увеличением частоты фазовый сдвиг асимптотически стремится к . При , имеем
; , (6.9)
т. е. верхней пороговой частоте соответствует фазовый сдвиг, равный - 45° (см. рис.6.5.).
Рис.6.5. ФЧХ в области ВЧ.
Очевидно, при этой частоте модуль емкостной проводимости равен активной проводимости
Выражая через верхнюю пороговую частоту, можно записать уравнение фазочастотной характеристики для области высоких частот в виде
. (6.10)
Коэффициент частотных искажений на верхней граничной частоте определяется
(6.11)
Если заданы и , то из выражения (6.11) можно определить необходимое значение и рассчитать требуемое сопротивление нагрузки:
. (6.12)
Таким образом, сопротивление нагрузки рассчитывается из необходимости удовлетворения основных технических условий усилителя в области верхних частот.
3. Анализ резисторного каскада в области нижних частот
В области низких частот проводимость незначительна, и ею можно пренебречь. Сопротивление Хсо=1/jщC0 велико. Следовательно, эта цепь шунтирующего влияния не оказывает. Однако в области низких частот необходимо учитывать влияние реактивного сопротивления емкости С1, так как сопротивление ХС1= 1/jщC1 возрастает, на нем происходит падение напряжения, вследствие чего уменьшается и коэффициент усиления. Поэтому эквивалентная схема в области нижних частот примет вид, изображенный на рис.6.6,а.
Рис.6.6.Эквивалентные схемы усилителя в области НЧ: а - с генератором тока; б - с генератором ЭДС.
Для упрощения дальнейших выкладок преобразуем эквивалентную схему с генератором тока в эквивалентную схему с генератором ЭДС (рис.6.6,б), где
Rэ=RiRн/(Ri+Rн),E=SUвхRэ
Ток и напряжение в выходной цепи:
(6.13)
Комплексный коэффициент усиления в области низких частот соответственно определяется:
(6.14)
где , т.к. Rэ<< R1;
Определим модуль комплексного коэффициента усиления в области низких частот
(6.15)
В соответствии (6.15) построим график АЧХ на нижних частотах, рис.6.7.
Рис.6.7. АЧХ в области НЧ при различных значениях разделительной емкости
резисторный каскад усилитель частота
Анализируя выражение (6.15), приходим к выводу, что частотная характеристика в области низких частот определяется в основном значением разделительной емкости С1.
Для нахождения нижней граничной частоты приравниваем выражение (6.15) к значению :
(6.16)
Для расширения полосы пропускания усилителя в сторону низких частот необходимо увеличивать постоянную времени . Однако это ограничивается несколькими факторами. Практически постоянная времени должна быть не больше 0,010,1 сек., что не позволяет усиливать колебания с частотами ниже нескольких герц.
Рассмотрим фазовый сдвиг , создаваемый усилителем в области низких частот. Тангенс фазового сдвига равен отношению мнимой части к его вещественной части :
(6.17)
По мере понижения частоты фазовый сдвиг (сверх ) асимптотически стремится к , рис.6.8.
Рис.6.8. ФЧХ в области НЧ.
При имеем
, (6.18)
т.е. нижней пороговой частоте соответствует фазовый сдвиг (сверх ), равный +45. Очевидно, при этой частоте модуль емкостного сопротивления равен активному сопротивлению .
Выражая через нижнюю пороговую частоту, можно записать уравнение фазочастотной характеристики для области низких частот в виде:
(6.19)
Зависимость фазового сдвига от частоты, представлена на рис.6.8.
Коэффициент частотных искажений на нижней граничной частоте
. (6.20)
Решая выражение 6.20 относительно , получим расчетную формулу:
. (6.21)
Следовательно, разделительная емкость С1 рассчитывается из необходимости удовлетворения основных технических требований к усилителю в области низких частот.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчет каскада транзисторного усилителя напряжения, разработка его принципиальной схемы. Коэффициент усиления каскада по напряжению. Определение амплитуды тока коллектора транзистора и значения сопротивления. Выбор типа транзистора и режима его работы.
контрольная работа [843,5 K], добавлен 25.04.2013Структурная схема усилителя с заданными каскадами. Амплитудно-частотная характеристика усилителя. Активный фильтр нижних частот. Каскад предварительного усиления на биполярном транзисторе. Сопротивление нагрузки коллекторной цепи, схема мультивибратора.
задача [92,0 K], добавлен 11.11.2010Выбор режима работы усилителей электрических сигналов: подбор транзисторов, составление структурной схемы, распределение частотных искажений. Расчёт оконечного, инверсного и резистивного каскадов предварительного усиления. Вычисление источника питания.
курсовая работа [721,0 K], добавлен 01.08.2012История развития электротехники - науки, изучающей практическое применение электричества. Решение задач на определение коэффициента усиления усилителя по мощности; определение внутреннего сопротивления лампового триода, входящего в состав усилителя.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 04.06.2010Общее представление о мощных БИП-транзисторах Зависимость эффективности эмиттера от концентрации примеси в нем. Характеристика падения коэффициента усиления по току при больших плотностях тока. Сущность монолитного мощного транзистора Дарлингтона.
курсовая работа [676,6 K], добавлен 04.04.2015Изучение методов построения зависимости прямого коэффициента усиления по току и анализ зависимости предельной частоты от тока эмиттера для кремниевого биполярного дрейфового транзистора. Этапы расчета частотных свойств биполярного дрейфового транзистора.
лабораторная работа [68,3 K], добавлен 06.02.2010Разложение периодической несинусоидальной функции в ряд Фурье; спектры амплитуд и фаз входного сигнала. Характеристические параметры четырехполюсника на частоте сигнала. Расчет коэффициента усиления из условия наименьшего ослабления основной гармоники.
контрольная работа [2,3 M], добавлен 19.09.2012Данные для расчёта усилителя напряжения низкой частоты на транзисторах. Расчёт усилительного каскада на транзисторе с общим эмиттером. Расчёт выходного усилительного каскада - эмиттерного повторителя. Амплитудно-частотная характеристика усилителя.
курсовая работа [382,1 K], добавлен 19.12.2015Построение схем распределительного устройства высоких и низких частот. Выбор рационального напряжения для питания химического предприятия. Определение типа и мощности трансформаторов. Проектирование линий электропередач. Расчет токов короткого замыкания.
дипломная работа [352,5 K], добавлен 14.06.2014Анализ исходной системы автоматизированного управления, ее функциональная схема. Расчет ДПТ на основе расчета мощности, вывода передаточной функции ЭМУ, обратной связи и коэффициента передачи предварительного усилителя. Рекомендации по улучшению качества.
контрольная работа [359,7 K], добавлен 05.01.2011
