2.ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

2.18.Инвертирующее включение ОУ

K

E

= Uвых

= Uвых Uвх =

R2

K0

≈

R2

K0

≈

R2

,

E

R

E

U

R + R

1

+ K

R1

R + R

K0R1

вх

1 2

1

2

1

0 R + R

R

+ R

R2

1

2

1

2

KE =

.

R1

R1

R2

R1

R2

Iсв

Iг

Iвх

U

Uвх

U

Uвх

Rн

Рис. 2.55. Инвертирующее включение ОУ с параллельной ООС по напряжению Рис. 2.56. Инвертирующее включе-

ние ОУ с параллельной ООС по току

Передаточное сопротивление ОУ с ООС (определяется отношением выходного напряжения к входному току)

Rп = −R2 .

Параллельная ООС по току.

K = Iн = − Rдт + R2 ,

i	Iс	Rдт

RвхОС ≈ R1 ,

RвыхОС = Rдт (1β+ K) 0 u .

Выводы

На основе вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1.Отрицательная обратная связь находит широкое применение в уси-

лителях.

2.В зависимости от способа подключения входа цепи ООС к нагрузке различают ООС по напряжению, по току и комбинированную ООС.

3.В зависимости от способа подключения выхода цепи ООС к входу управляемого каскада ООС подразделяют: на параллельную ООС, после-

довательную ООС и комбинированную ООС.

4.Существует три метода расчета усилителей с обратными связями: матричный; топологический;

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-58-

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Выводы

метод эквивалентных схем.

Первые два метода целесообразно использовать в случае расчета сложных усилительных устройств. Метод эквивалентных схем удобен при расчетах простых схем усилителей.

5. При рассмотрении влияния ООС на входное сопротивление установ-

лено:

последовательная отрицательная ОС увеличивает входное сопротивление усилителя;

параллельная отрицательная ОС уменьшает входное сопротивление. 6. В отношении влияния ООС на выходное сопротивление можно сде-

лать следующие замечания:

•ООС по току увеличивает выходное сопротивление.

•ООС по напряжению уменьшает выходное сопротивление.

7.Коэффициент усиления по напряжению усилителя с ООС определяется зависимостью

KuОС =	Ku
		.
	1β− Ku u

8. Коэффициент усиления по току усилителя с ООС описывается зависимостью

Ki	=		Ki		.
		1β− Ki
ОС				i

9. В случае если сопротивление источника сигнала Rг = 0:

последовательная ООС не изменяет коэффициента усиления по току

KiОС = Ki ;

параллельная ООС не изменяет коэффициента усиления по напряже-

нию KuОС = Ku .

10. При работе от реального источника сигнала Rг ≠ 0 :

KE =			Ku			;
			+(1Rг
		(1β− K) u u		β−)Ki i
			Rвх
KI =			Ki		;
			+(1Rг
	(1β− K) i i			+βK)u u
			Rвх

11. ООС улучшает стабильность коэффициента усиления в число раз, равное глубине обратной связи:

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-59-

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Выводы

δKОС = δK	1	.
	1β+ K

12.Для улучшения стабильности коэффициента усиления в многокаскадном усилителе целесообразно использовать общую отрицательную обратную связь.

13.ООС не оказывает влияния на помехи, поступающие на вход усилителя совместно с полезным сигналом.

14.Уровень внутренних помех и коэффициент гармоник на выходе усилителя с ООС уменьшается в число раз, равное глубине ОС.

15.Введение ООС оказывает существенное влияние на АЧХ, ФЧХ, ПХ. ООС уменьшает уровень частотных искажений в фиксированном диапазоне частот или расширяет его при неизменном уровне частотных искажений. ООС обеспечивает более высокую линейность ФЧХ и уменьшает по абс о- лютной величине фазовый сдвиг. ООС позволяет увеличить верхнюю граничную частоту АЧХ, что соответствует уменьшению постоянной времени ПХ.

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-60-

3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.1. Динамическийрежимработыусилителя

При анализе работы усилительного элемента различают статический и динамический режимы работы.

Статический режим работы обеспечивается, если значения сопротивлений или проводимостей на входе или выходе усилительного элемента имеют значения, равные 0 или ∞. Для анализа статистического режима используют статические характеристики, представляющие зависимость одной величины от другой при постоянстве других влияющих параметров.

Динамический режим работы анализируют с привлечением динамических характеристик, которые получают при конечных, не равных 0 или ∞, значениях сопротивлений на входе и выходе УЭ.

3.2. Выходнаядинамическаяхарактеристика

Динамическая характеристика (ДХ) связывает между собой выходные величины тока iк и напряжения uкэ . ДХ строится на семействе выходных ста-

тических характеристик. Различают характеристику по переменному и постоянному току.

Характеристика по постоянному току. Рассмотрим выходную цепь усилительного каскада на биполярном транзисторе (рис. 3.1). Условие:

XС → ∞, X L → 0.

Rф

E

i

к

Сф

к

a

iвх1

R=

b

iвх2

c

Rк

I0

iвх3

Ек

d

Ср

iвх4

e

iвх5

Rнд

Сэ0

U0

Ек

Uкэ

Rэ0

Рис. 3.2. Нагрузочная характеристика Рис. 3.1. Выходная цепь усилительного каскада усилительного каскада

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-61-

3.ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.2.Выходная динамическая характеристика

Для выходной цепи усилителя запишем:

E = I	(R + R + R ) +U ,
к φкэ=	э0	к

R=э:=φ R 0к + R + R ,

тогда

I= Eк −Uкэ . к= R=

График этого уравнения – ДХ по постоянному току – строится по двум то ч-

кам (рис. 3.2):

1) Uкэ = 0;Iк= = Eк ,

R=

2) Uкэ = E;Iк= = 0.

Изменение величины R= влияет на наклон ДХ. При изменении Eк характеристика смещается вправо или влево. Очевидно, что при заданных параметрах схемы величин R= и Eк , в схеме протекает ток (I0 ), создающий на транзисторе напряжение (U0 ). Точка на нагрузочной прямой, соответствую-

щая I0 и U0 , называется рабочей точкой по постоянному току. При выборе положения точки учитываются:

1.Линейность усиления и уровень усиления.

2.Потребляемая мощность.

3.Условие эксплуатации УЭ.

4.Способ включения УЭ.

5.Работа в активном режиме.

3.3.Нагрузочнаяхарактеристикаусилителя попеременномутоку

Данная характеристика отражает зависимость между током и напряжением усиливаемого сигнала на выходе усилителя.

Она позволяет определить:

1)максимальные значения выходного тока и напряжения;

2)требуемое изменение входного тока или напряжения.

Строится данная характеристика применительно к средним частотам рабочего диапазона в предположении, что реактивные элементы не оказывают влияние на работу схемы.

Тогда в схеме

Rг = Rк Rнд < R= .

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-62-

3.ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.3.Нагрузочная характеристика усилителя по переменному току

iк

U0

E

а'

R≈

к

iб1

R=

b'

а

iб2

c

b

iб3

I0

d

iб4

d'

e

iб5

e'

U0

Ек

Uкэ

I0Rн

Рис. 3.3. Нагрузочная характеристика транзистора усилительного каскада

При подаче на вход усилителя сигнала найдем ток и напряжение в выходной цепи:

iвых = I0 + ∆iвых, uвых =U0 + ∆uвых.

На основании законов Кирхгофа запишем

E =U	+ ∆u	+ I R + ∆i R .
0 вых 0	0	вых = г

Уравнение соответствует прямой линии на семействе выходных характеристик транзистора.

1.Точка покоя ∆uвых = 0 и ∆iвых = 0

2.Вторая точка может быть определена двумя способами:

U	КЗ	= 0, т. е. U	вых	= 0,	тогда ∆u	вых	= −U	0	, E = I R + ∆i	R , ∆i = U0 .
									0 вых 0 г =	вых	Rг
∆uâû õ = 0, т. е.			∆iвых = −I 0 , тогда

Eк =U0 + ∆uвых + I0R= = −I0Rг ,

∆uвых = I0Rг .

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-63-

3.ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.4.Входнаядинамическаяхарактеристика

Входная динамическая харак-

Uкэ1<Uкэ2<Uкэ3<Uкэ4<Uкэ5

теристика (ВДХ)

–

зависимость

iб

мгновенного значения входного тока

iб1

от входного напряжения (рис. 3.4).

а''

iб2

ВДХ позволяет определить:

b''

iб3

1. Входное сопротивление.

с''

iб4

2. Диапазон

изменения вход-

d''

iб5

ных токов и напряжений. Уровень

е''

мощности на входе.

Различают ВДХ по постоян-

ному и переменному токам. Строит-

Uб'э

ся ВДХ на семействе входных стати-

ческих характеристик

транзистора с

учетом результатов построения вы-

Рис. 3.4. Входная динамическая

ходной динамической характеристики.

характеристика транзисторного каскада

По величине тока базы iб на-

усилителя

ходим соответствующее ему значение напряжения Uб′э .

В тех случаях, когда в справочниках не приводится семейство входных характеристик (биполярный транзистор), за динамическую характеристику принимают статическую характеристику. Для полевых транзисторов данная характеристика не имеет смысла из-за высокого входного сопротивления.

3.5. Сквознаядинамическаяхарактеристика

Сквозная динамическая характеристика (СДХ), рис. 3.5, представляет

зависимость мгновенного значения выходно-

го тока от ЭДС источника сигнала. Данная

iк

характеристика

используется при анализе

iк1

схем на биполярных транзисторах для опре-

iк2

с'''

деления уровня нелинейных искажений.

iк3

По СДХ можно определить форму вы-

iк4

ходного сигнала при заданном напряжении

iк5

Еист

генератора, оценить уровень нелинейных ис-

кажений. Строится СДХ на основе созданных

входных характеристик. По результатам по-

строения входной динамической характери-

стики находят ЭДС источника по формуле

t

Eист =Uвх +iвхRист ,

Рис. 3.5. Сквозная динамическая

где Uвх =Uб′э ; iвх

= iб .

характеристика транзисторного

каскада усилителя

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-64-

3.ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.5.Сквозная динамическая характеристика

Получаем характеристику, показанную на рис. 3.5.

Зависимости вида iк = f (iб), iк = f (Uбэ) описывают характеристики прямой передачи усилительного элемента.

3.6. Режимработыусилительногоэлемента

Режим работы усилителя «А» (рис. 3.6).

Усилительный элемент работает без отсечки тока. Данный режим характеризуется высокой линейностью, т. е. низким уровнем нелинейных искажений. Однако КПД низкий (≤ 50 %), так как даже в отсутствии сигнала от источника потребляется постоянный ток I0 (величину I0 можно оценить по

выходным характеристикам транзистора, (см. рис. 3.2):

ξ	= iк	< 1;	ξ		= Uк		< 1.
i	i			u	U	0
	0

Режим «А» в основном используется во входных цепях и в каскадах предварительного усиления.

Режим работы усилителя «В» (рис. 3.7).

Ток покоя в режиме «В» очень мал. В идеальном случае равен нулю. Транзистор работает с отсечкой тока Θ = 90°, КПД до 79 %. Высокий уровень нелинейных искажений. Режим «В» используется в двухтактных каскадах.

«АВ» – промежуточный режим работы усилителя между режимом «А» и режимом «В». Эпюры напряжений для режима «АВ» представлены на рис. 3.8.

iк

Uвых

iк

Uвх

Uвых

I0

0

А

Uвх

t

Рис. 3.6. Эпюры, поясняющие работу

Рис. 3.7. Эпюры, поясняющие работу

усилителя в режиме «А»

усилителя в режиме «В»

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-65-

3.ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.6.Режим работы усилительного элемента

Uвых

iк

Uвых

iк

Uвх

t

I0

t

0

2θ

0

Uвх

t

t

Рис. 3.8. Эпюры, поясняющие работу

Рис. 3.9. Эпюры, поясняющие работу

усилителя в режиме «АВ»

усилителя в режиме «С»

Режим «С» применяется в усилительных каскадах, работающих на избирательную нагрузку (например, колебательный контур), рис. 3.9.

3.7. Эквивалентныесхемыирежимыработы усилительныхэлементов

Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером. Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с двумя и более взаимодействующими р–n-переходами с тремя и более выводами. Усилительные свойства биполярного транзистора основаны на явлении экстракции и инжекции зарядов. Рассмотрим включение биполярного транзистора по схеме с ОЭ.

В данной схеме общим электродом для входной и выходной цепей яв-

	ляется эмиттер. База – входной электрод. Коллектор –
	выходной электрод. При данной схеме включения меж-
	ду выходным и входным сигналами образуется фазовый
					Вых
	сдвиг 180°. Транзистор в схеме с общим эмиттером
			Вх
	обеспечивает усиление и по току и по напряжению.
	Коэффициент усиления по напряжению зависит от		Рис. 3.10. Ус-
	Rí и может достигать сотен. При Rн → 0 ,	Ku → 0. Ко-
			ловное обозна-
	эффициент усиления по току при Rн → 0	стремится к	чение биполяр-
	параметру h21 =β, при Rн → ∞, Ki → 0.		ного p–n–p–n-
			транзистора

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-66-

3.ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.7.Эквивалентные схемы и режимы работы усилительных элементов

Входное сопротивление зависит от Rн и соответствует среднему зна-

чению для схем включения ОК и ОБ, и по абсолютной величине находится в пределах сотен Ом.

Выходное сопротивление зависит от сопротивления генератора RГ .

Выходное сопротивление – десятки кОм, также средняя величина по сравнению со схемами включения ОБ и ОК. Поскольку биполярный транзистор – токовый прибор, то он лучше работает на сравнительно низкоомную нагрузку.

3.8. Физическаяэквивалентнаясхемабиполярноготранзистора

Сложность процессов, протекающих в транзисторе, привела к появлению большого числа эквивалентных схем. Мы будем использовать эквивалентную схему Джиаколетто. Эта схема дает удовлетворительные результаты в описание работы транзистора в диапазоне частот fв ≤ 0,5 fΤ , где fΤ –

граничная частота передачи тока базы транзистора. Совместно с сопротивле-

нием Rн и RГ

схема показана на рис. 3.11.

rб'к

Rг

rб'б

(Б)

Сб'к

(К)

(Б')

Сб'э

rб'э

rкэ

Rн

SUб'э

(Э)

(Э)

Рис. 3.11. Эквивалентная схема транзистора – схема Джиаколетто

Параметры rб′к и rкэ

слабо сказываются на работе каскада, из справоч-

ных данных не определяются, и в дальнейшем мы их не будем принимать во внимание.

S – крутизна характеристики, определяет усилительные свойства транзистора; Cб′к – емкость коллекторного перехода. Является элементом внут-

ренней ОС; Сб′э – емкость прямосмещенного перехода б'э; rб′б – распределен-

ное (объемное) сопротивление базовой области (омическое сопротивление базы); rб′э – активное сопротивление эмиттера; SUб′э – управляемый генера-

тор тока.

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-67-

3.ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.8.Физическая эквивалентная схема биполярного транзистора

Данная схема позволяет оценить частотные и усилительные свойства транзистора в схеме с ОЭ. Параметры схемы зависят от режима работы по постоянному току, и требуют пересчета для конкретного выбранного режима работы транзистора.

3.9. Определениепараметровэквивалентнойсхемы посправочнымданным

Обычно в справочниках приводятся следующие параметры: τОС – постоянная времени ОС транзистора;

Ск(Uкэизм ) – емкость коллектора при Uкэ const; Сэ(Uэ) – емкость эмиттера при Uэ const;

βmin =к h21minизм(I ) – минимальное значение коэффициента передачи тока

базы;

βmax =к h21maxизм(I ) – максимальное значение коэффициента передачи тока

базы;

h21эизмf =T f спр – граничная частота передачи тока базы. Используя эти справочные данные, определяют:

1.Коэффициент усилений по току в типовом режиме при нормальной температуре

β= βmaxβmin .

2.Объемное сопротивление базы

rб′б = ξ τСОС ,

к

параметр ξ учитывает емкость выводов:

1сплавной− транзистор

ξ = 1,5 −диффузионный2 − транзистор

2 −мезотранзистор3 −

3. Сопротивление

r	= (β+1)	25,2×10−3	+ ∆r		,
б′э		Iк

где ∆r – дополнительное сопротивление, может присутствовать в мощных и высоковольтных транзисторах, ∆r = (0,5 − 2)Ом.

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-68-

3.ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.9.Определение параметров эквивалентной схемы по справочным данным

4.Граничная частота в схеме с ОЭ (пересчет к выбранному режиму по постоянному току)

fT =		2 fT				,
		спр
1+π2 fС		25,2 10×	−	3	Iк	− Iкр
						изм
	Tэб

спр	Iкизм	Iкр

где Сэб – конструктивная (барьерная) емкость эмиттера

С

= С

ϕк +

Uэ

.

эб

э ϕ

к

−U ′

б э

5. Диффузионная емкость Сб′э и постоянная времени в цепи эмиттера:

τ ′	=	β+1		;	C ′	=	τб′э	.
		2πf
б э			T		б э		r ′
							б э

6. Пересчет емкости Cб′к с учетом режима по постоянному току:

Сб′к = 0,5Ск 3 Uкизм .

Uкр

7. Сопротивление

r ′	= (β−1)	∆U	∆U
		покэвыхо; дныкэм −характеристикам,
б к		∆Iк	∆Iк

rб′к = 2rк.

8. Крутизна эквивалентного генератора

S = β+1.

rб′э

3.10. ОсновныесоотношенияпараметроввсхемесОЭ

Определим основные параметры и частотные свойства схемы каскада с

ОЭ.

Упростим схему, пересчитав емкости внутренней обратной связи Сб′к во входной и выходной контур эквивалентной схемы транзистора.

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-69-

3.ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.10.Основные соотношения параметров в схеме с ОЭ

Емкость Сб′к меньше чем,

чем емкость Сб′э ,

и чем меньше Rн , тем

меньше ее влияние. Однако к емкости Сб′к приложено напряжение Uб′э и на-

пряжение Uкэ , находящееся в противофазе к Uб′э . При этом Uб′к =Uб′э +Uкэ

может значительно превышать Uб′э .

Rг

rб'б

(Б)

(Б')

(К)

С0

rб'э

Е

Rн

SUб'э

(Э)

(Э)

Рис. 3.12. Эквивалентная схема биполярного транзистора

Ток в выходной цепи транзистора

Iк = SUб′э ,

напряжение на нагрузке

Uкэ = IкRн . Тогда Uб′к = (1+ SRн)Uб′э .

При пересчете

Сб′к во входной контур (к зажимам бэ) ее величина

′

должна быть увеличена в (1+ SRн) раз. Находим емкость входной цепи С0 :

С0б=э С ′ б+к С ′ (1+н SR ) ,

а схема транзистора приобретает вид, показанный на рис. 3.12.

Пересчет rб′к во входную цепь приведет к тому, что новое значения rб′к уменьшится в (1+ SRн) раз:

r ′	=	rб′к	.
б к0		1+ SRн

При очень больших значениях Rн ,

|Zвх|

соизмеримых с

Zб′к

, необходимо поль-

rб'б + rб'э

зоваться общей схемой, без упрощений.

Рассмотрим основные параметры схемы.

1. Входное сопротивление:

Zвх = rб′б +1ω+ j C + r ′ .

rб′э

rб'э

0б э

На частоте, стремящейся к нулю,

Рис. 3.13. График, отражающий

частотную зависимость модуля

емкость C0 не шунтирует сопротивление

входного сопротивления транзистора

rб′э транзистора и входное сопротивление

транзистора становится максимальным и

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-70-

3.ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.10.Основные соотношения параметров в схеме с ОЭ

чисто активным, усиление схемы максимально.

При стремлении f → ∞ сказывается емкость C0 , которая шунтирует сопротивление rб′э . Входное сопротивление снижается до уровня rá′á . При этом, чем больше сопротивление Rн , тем сильнее влияние C0 на сопротивление rб′э , тогда:

fв = 1

П2πC0бrэ′

–верхняя частота по h21 . При τh21 = C0бrэ′ :

fв0	=	1
		2πC0 r ′		+ r	′
			rб′бrб′э
			б б	б э

–верхняя частота по параметру y21 .

2.Сквозной коэффициент усиления:

KЕ = KвхKн = Uб′э Uвых ,

Е Uб′э

K

Zб′э

rб′э

=

=

Z

′ =

,

R

+ r ′ + Z

1ω+ j C r ′

вх

′

б э

Г

б б

б э

0

б э

Kн = Uвых = SUб′эRн = SRн .

Uб′э Uб′э

На частоте f = 0 сквозной коэффициент усиления максимален:

KЕ (0)	=	rб′э	SRн =	S =	β+	1	=	(β+1)Rн	.
		RГ + rб′б + rб′э			rб′э			RГ + rб′б + rб′э

С ростом частоты сказывается влияние C0 , общее выражение для KЕ (ω)j можно записать в виде

KЕ (ω)j	=	(β+1)Rн			1		,
		RГ + rб′б	+ rб′э 1ωτ+ j
						в

где

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-71-

Рис. 3.14. Условное

обозначение на схемах полевого транзистора

3.ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.10.Основные соотношения параметров в схеме с ОЭ

τв = С0 rб′э(+RГ ++rб′б) . RГ rб′б rб′э

При RГ = 0 коэффициент усиления по напряжению

Ku (ω)j	=	(β+1)Rн	1		,
		rб′б + rб′э	1ωτ+ j
				ви

где

τ	= С	0	rб′э + rб′б	.
	вu		rб′б + rб′э

3. Выходное сопротивление.

Для определения Zвых используется теорема об эквивалентном генера-

торе:

	R	+ r ′	−1
Zвых = Zб′к 1β+	Г	б б	.
	RГ + rб′б + rб′э

3.11. Полевойтранзисторвсхемесобщимистоком

Так как входное сопротивление полевых транзисторов (ПТ) достаточно велико, то они управляются напряжением, а не током, в отличие от биполярного транзистора. Наиболее широкое применение получила схема с общим истоком (ОИ). Исток (аналог эмиттера) является общим электродом для входной и выходной цепей, затвор (аналог базы) – входной электрод, сток (аналог коллектора) – выходной электрод.

Схема с ОИ поворачивает фазу сигнала в нагрузке на 180° аналогично схеме включения БТ с общим эмиттером. На рис. 3.14 изображена схема ПТ с управляемым р–n-переходом n-типа.

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-72-

3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.12. Эквивалентнаясхемаполевоготранзистора

Общая эквивалентная схема имеет вид, представленный на рис. 3.15.

Сзс

Rг

(З)

(С)

Сзи

rзи

rси

Сси

Rн

SUзи

(И)

(И)

Рис. 3.15. Обобщенная эквивалентная схема полевого транзистора

В полевых транзисторах Cзи от 1–20 пФ,

Cзс от 1–10 пФ.

Обычно Cси < Cзи .

По структуре данная схема совпадает с эквивалентной схемой биполярного транзистора. Однако здесь нет сопротивления, аналогичного rб′б .

Входное сопротивление определяется сопротивлением rзи . Выходное сопротивление определяется величиной rси (десятки кОм).

3.13.Определениепараметровэквивалентнойсхемы

1.Пересчет емкостей Сзи , Сзс к рабочему режиму:

Сзи =

Сзиспр

Uзиизм

,

2

Uзираб

Сзсспр

Сзи =

Uзсизм

.

2

Uзсраб

2. Расчет типовой крутизны по значению начальной крутизны S0 :

S = S

0

Iс

,

I

с0

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-73-

3.ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.13.Определение параметров эквивалентной схемы

где Iс0 – начальный ток стока.

3. rси =1,6Riспр .

В отличие от биполярного транзистора, в схемах на ПТ зависимость крутизны S от частоты можно не учитывать до сотен МГц.

3.14.Основныесоотношенияпараметроввсхеме

собщимистоком

Преобразуем схему (рис. 3.15), пересчитав емкость Cзс во входную и выходную цепи. После преобразования схема приобретает вид

		SRнrси		; С′′ Cзс .
	С′ = Cзс 1+
		Rн + rси

Rг

(С)

(З)

SUзи

С''

Сси

Сзи

С'

rзи

rси

Rн

(И)

(И)

Рис. 3.16. Эквивалентная схема полевого транзистора после преобразования

Поскольку величины		Cзс ,	С′	соизмеримы с емкостью монтажа
(3 −пФ5	), при расчетах C0	необходимо учитывать эту емкость
					Rнrси
	С0м= С зс+C		1+ S			зи+C .
					Rн + rси

Определим основные параметры:

1. Входное сопротивление и входная емкость:

Rвх = rзи ,

Свх = Сзи +Cзс (1+ SRн )+Cм (если Rн < rси ),

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-74-

3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.14. Основные соотношения параметров в схеме с общим истоком

		Rнrси
	Свх = Сзи +Cзс 1+ S			+Cм (если Rн ≥ rси ).
		Rн + rси

2. Коэффициент усиления по напряжению.

Поскольку Rвх большое, то KЕ = Ku . В полосе частот, где частотной за-

висимостью S и влиянием емкостей во входной и выходной цепях можно пренебречь:

K	Е	= K	u	= SR = S	Rнrси	.
				н	Rн + rси

С учетом влияния емкостей верхнюю частоту для входной цепи определим следующим образом:

fввх		=			1						,
				2πCвх R
									+ r
								Rг rзи
								г	зи
τ			= C				RГrзи			.
	ввх
					вх			+ rзи
						RГ

Аналогично для выходной цепи:

fввых	=	1								,
			2π(Сзи +Сси +Свхсл	)		rсиRн
						r + R
							си	н
		= (Сзи +Сси +Свхсл )			rсиRн
τввых								.
					r + R
					си		н

3. Выходное сопротивление

Rвых = rси .

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-75-

3.ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.15.Шумовыеэквивалентныесхемы

3.15.1.Биполярныйтранзистор

Вбиполярном транзисторе выделяют три источника шума.

1.ЭДС шума базы. На эквивалентной схеме транзистора обозначается

ввиде источника ЭДС, включенного последовательно с rб′б .

2.Шумовой ток эмиттерного перехода. На эквивалентной схеме транзистора обозначается в виде источника тока, включенного параллельно с rб′э .

3.Шумовой ток коллекторного перехода. На эквивалентной схеме транзистора обозначается в виде источника тока, включенного параллельно

сSUá′ý .

Сучетом трех составляющих шума транзистора эквивалентная схема

приобретает следующий вид (рис. 3.17).

Еш

rб'б

Iш.э		SUб'э		Iшк

rб'э

Рис. 3.17. Эквивалентная схема транзистора

как источника шума

3.15.2.Полевойтранзистор

Вполевом транзисторе суммарный шум определяется двумя источниками: 1. Шумовым током в канале. Источник этого шумового тока включен

аналогично Iкис биполярного транзистора.

2. Шумом входной проводимости. Обычно этот источник учитывают при высокоомном сопротивлении источника входного сигнала.

Вэлементах, составляющих схему усилителей, протекают постоянные

ипеременные составляющие токов, вызывающие соответствующие им падения напряжения. Совокупность этих токов и напряжений определяет режим работы как усилительного элемента, так и каскада в целом по переменному и постоянному току.

Режим работы по постоянному току. В этом режиме ЭДС источника

сигнала равна нулю и рассматривают только постоянные составляющие токов и напряжений. На семействе характеристик УЭ (входных, выходных или статистических) этому режиму соответствует исходная рабочая точка.

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-76-