Исследование усилительного каскада топологическим методом

На рисунке 1 приведена схема усилительного каскада. Опишем назначение элементов схемы:

VT
–
активный элемент усилителя;

R
1,
R
2
– сопротивления, обеспечивающие выбор рабочей точки транзистора;

Rk
– нагрузка по постоянному току.

Re
–
обеспечивает ООС, и как следствие, температурную стабилизацию;

R
н
– нагрузка усилительного каскада;

Cc
– разделяющий конденсатор, ограничивает прохождение постоянной составляющей сигнала

Ce
–
элемент, обеспечивающий отсутствие ООС по переменному току;

C
н –
емкостьнагрузки.

Параметры всех элементов схемы приведены в таблице 1.

Рисунок 1 – Схема усилительного каскада

Таблица 1 - Параметры схемы

Тип транзистора: КТ503В

Необходимо составить эквивалентную схему усилительного каскада в области средних частот (СЧ), и определить коэффициент усиления K
0
.

В области средних частот сопротивления конденсаторов Cc,
Ce
малы, следовательно, на эквивалентной схеме они будут закорочены. Также, закорачиваем и источник постоянного напряжения Е
.

Эквивалентная схема усилительного каскада в области СЧ приведена на рис. 3.

Рисунок 2 – Эквивалентная схема каскада в области СЧ для нахождения числителя формулы Мезона

Рисунок 3 – Эквивалентная схема каскада в области СЧ для нахождения знаменателя формулы Мезона

Коэффициент усиления K
0
в области СЧ определим по формуле:

Коэффициент усиления в дБ:

Типовые значения h
-
параметров для заданного транзистора:

h11
e
= 1,4 кОм;

h21
e
= 75…135, для удобства расчета, принимаем h
21
e
= 100;

Таким образом, коэффициент усиления K
0
в области СЧ будет равен:

дБ

ОБЛАСТЬ НИЗШИХ ЧАСТОТ

С понижением частоты реактивные сопротивления конденсаторов C1
,
Ce
и Cc
увеличиваются (1.3), и их нужно учитывать:

Так, конденсатор Cc
оказывает сопротивление выходному сигналу, C1
– входному сигналу, уменьшается шунтирующее действие конденсатора Ce
на резистор Re
, что уменьшает коэффициент усиления на низкой частоте (НЧ).

При частоте, близкой к нулю, эквивалентная схема каскада будет выглядеть так, как показано на рис. 4.

Рисунок 4 – Эквивалентная схема усилительного каскада на низкой частоте.

Частотные искажения, вносимые конденсаторами входной цепи C1
,
и связи Cc
определяется выражением:

где f
–
частота;

– постоянная времени;

Для входной цепи постоянная времени равна:

где R
вх
–
входное сопротивление каскада;

Для конденсатора связи постоянная времени равна:

Частотные искажения, вносимые эмиттерной цепью определяются из выражения:

где g
=
Re
Ce
; a
=
Re
Ses
, где Ses
– сквозная характеристика эмиттерного тока, равная:

кОм

с.

Данные расчета заносим в таблицу 2, изменяя частоту от 5 Гц до 60 Гц.