емкостей и амплитудно-частотной характеристики каскада

 

Исходными данными для расчёта ёмкости эмиттерного автосмещения являются нижняя граничная частота полосы усиления , определённая в задании на расчёт, сопротивления источника сигнала и внешней нагрузки, также определённые в задании, и найденные входе ранее выполненных расчётов параметры схемы усилительного каскада.

Влияние цепи автосмещения на усиление каскада будет пренебрежимо малым, если падение переменного напряжения с частотой на цепи эмиттерного автосмещения будет пренебрежимо малым по сравнению с переменным напряжением на входе транзистора.

Если задать отношение амплитуд напряжения база-эмиттер и падения напряжения на цепи автосмещения

(74)

и выразить падение напряжения на цепи автосмещения через амплитуду переменной составляющей тока эмиттера с частотой , то для ёмкости эмиттерного автосмещения получим выражение

 

. (75)

Если положить , то формула для расчета примет вид

.

При расчёте входной разделительной ёмкости воспользуемся

эквивалентной схемой цепи передачи напряжения сигнала на низких частотах на вход каскада. Она показана на рис.10. На этой схеме

(76)

- входное сопротивление каскада на низких частотах, выраженное через ранее найденные величины.

 

Рис.10. Эквивалентная схема цепи передачи напряжения сигнала на низких частотах на вход каскада

 

Коэффициент передачи напряжения на вход каскада в области низких и средних частот

(77)

записывается в виде

. (78)

На средних частотах и

. (79)

На низких и средних частотах можно записать в виде

, (80)

где (81)

− частота, на которой модуль коэффициента передачи ниже его значения на средних частотах (79) в раз, т.е.

(82)

Если допустить на частоте такой спад модуля коэффициента усиления, то тогда можно положить

(83)

и из (81), (83) получится формула для расчёта разделительной ёмкости

. (84)

 

Если уменьшить допустимый спад модуля на частоте ; задав его равным D, т.е. положив, что

, (85)

то выражение для через принимает вид

. (86)

Например, при

, (87)

. (88)

Если условие (82) заменить условием (87), то требуемая величина должна быть увеличена на множитель 0,64⁻¹= 1,56, т.е.

.

 

Такое значение нужно выбирать, если требуется учесть влияние разделительной емкости на АЧХ каскада и допустить, что вызванные обеими емкостями спады АЧХ на заданной для всего каскада нижней граничной частоте одинаковы.

Расчет выполняется по аналогии с расчётом .

 

6.6. Анализ влияния разброса транзисторов по параметру β на

Работу каскада

Анализ влияния изменения b на работу каскада весьма важен для оценки серийнопригодности разработанного усилителя, поскольку этот параметр серийных транзисторов от экземпляра к экземпляру может изменяться в 3 ÷ 5 раз.

Существуют два основных механизма влияния изменений параметра b на работу усилительного каскада. Первый механизм связан с влиянием изменения b на положение рабочей точки в плоскости статических характеристик транзистора. Второй связан с изменениями численных значений малосигнальных параметров транзистора, происходящих даже при сохранении положения рабочей точки. В реальных условиях оба механизма действуют одновременно.

 

Анализ первого механизма проводится с использованием эквивалентной схемы каскада по постоянным токам и напряжениям, показанной на рис.11.

Рис.11. Эквивалентная схема усилительного каскада рис.6 по постоянным токам и напряжениям

 

 

Чтобы проанализировать влияние разброса по β на положение рабочей точки в плоскости статических характеристик, запишем уравнение входной цепи схемы рис. 11.

 

. (89)

 

Предполагая, что рабочая точка БТ при всех изменениях β остаётся в активной области, запишем

(90)

и из уравнения (89) получим:

. (91)

Параметр β входит в правую часть этого уравнения, которая определяет положение прямой смещения в плоскости проходных характеристик БТ. Величина тока коллектора в рабочей точке определяется как ордината точки пересечения прямой смещения с проходной характеристикой БТ. Графические решения уравнения (91) при нескольких значениях β показаны на рис.12.

 

Рис.12. Графические решения уравнения (91) при трёх значениях

параметра β

 

Из рисунка 12 видно, что при уменьшении b (случай b= b_min) прямая смещения идет ниже и ток уменьшается. При ток возрастает. При этом увеличивается падение напряжения на сопротивлениях и уменьшается

. (92)

Возникает опасность захода БТ в схеме, рассчитанной на среднее значение β, в область насыщения. В этом случае коэффициент усиления усилителя резко упадёт и такой режим недопустим.

Чтобы проверить не возникает ли такая ситуация в рассчитанном усилительном каскаде, нужно по выходным характеристикам БТ найти кривую минимальных значений напряжения между коллектором и эмиттером , при которых БТ ещё работает в активной области,

(граничную линию), решив уравнение (91) найти и проверить выполнение неравенства

. (93)

Если оно выполнено, то изменения коэффициента усиления можно рассчитывать по формулам для транзистора, работающего в активной области, использованным во всех предыдущих расчётах.

 

7. Требования к оформлению результатов типового расчёта

Результаты типового расчёта должны быть оформлены в виде пояснительной записки, содержащей:

- титульный лист,

- задание на расчёт,

- основные разделы расчёта, содержащие расчётные формулы, результаты

подстановки численных значений, результаты каждого этапа расчётов с

указанием размерностей найденных величин,

- итоговые результаты по каждому разделу расчёта,

- схемы (основные и вспомогательные),

- графики, требуемые в соответствии с заданием,

- комментарии, поясняющие полученные результаты,

- итоговая принципиальная схема, оформленная в соответствии с ЕСКД,

- выводы по результатам расчёта.

 

 

Литература

1. Кулешов В.Н., Болдырева Т.И., Томашевская М.В. Базовые ячейки функциональных узлов радиоэлектронных устройств на полупроводниковых диодах. - М.: Изд. МЭИ, 2002. – 88 с.

2. Кулешов В.Н., Болдырева Т.И., Васильев М.В. Базовые ячейки функциональных узлов радиоэлектронных устройств на биполярных транзисторах. - М.: Издательский дом МЭИ, 2009. – 180 с.

3. Хрулев А.К., Черепанов В.П. Диоды и их зарубежные аналоги. Справочник в 3 т., Т.1. - М.: ИП РадиоСофт, 2001.

4. Петухов В.М. Транзисторы и их зарубежные аналоги. Справочник. Том 5. – М.: ИП РадиоСофт, 2002