Лабораторная работа №2 исследование вольт-амперных характеристик р-n перехода

Работа каскада в диапазоне низких частот. В этом диапазоне оказывают существенное влияние на работу усилителя разделительные конденсаторы С_P1, C_P2 и конденсатор C_э, шунтирующий резистор R_э по цепи переменного тока. Реактивные сопротивления этих конденсаторов на нижней частоте звукового диапазона f_н = 20 Гц сравнимы с активными сопротивлениями входных и выходных цепей усилителя, поэтому их следует учитывать при анализе работы схемы [4].
Указанные конденсаторы обусловливают уменьшение коэффициента усиления каскада по напряжению на низких частотах, как показано на графике его амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), приведенной на рис.3.5.

Рис. 3.5. Амплитудно-частотная характеристика каскада

В частности, по мере уменьшения частоты возрастает падение напряжения входного сигнала на конденсаторах С_P1 и C_э, в результате уменьшается его значение на переходе база-эмиттер транзистора, а, следовательно, становятся меньше переменные составляющие токов базы, эмиттера и коллектора. На конденсаторе C_P2 аналогично создается дополнительное падение напряжения выходного сигнала, который снимается с коллектора транзистора в цепь нагрузки. В результате указанных причин возникает спад АЧХ на нижних частотах. На частоте диапазона f_н спад АЧХ приводит к возникновению частотных искажений сигнала, величина которых оценивается коэффициентом Mн:

(3.25)
где К_Uн – коэффициент усиления каскада по напряжению на нижней частоте диапазона f .
Каждый конденсатор вносит свою долю в полный коэффициент искажений в соответствии с выражением:
(3.26)
где M_вх.н, M_вых.н и M_сэ.н – искажения, вносимые соответственно конденсаторами С_P1, C_P2 и C_э.
Обычно значения емкостей этих конденсаторов выбирают из условия, чтобы Mн было меньше либо равно значению 1,41.
В диапазоне низких частот, где влияние конденсаторов C_к(э) и С_н на работу каскада пренебрежимо мало, запишем выражение для комплексного коэффициента передачи входной цепи усилителя:
(3.27)
где _вх.н – постоянная времени заряда конденсатора С_P1,
(3.28)
Модуль комплексного коэффициента передачи входной цепи находим из выражения:
(3.29)
Выражение для коэффициента частотных искажений входной цепи:
(3.30)
Если искажения на нижней частоте диапазона заданы, то можно найти емкость разделительного конденсатора С_P1:
(3.31)
Коэффициент частотных искажений для выходной цепи и емкость разделительного конденсатора C_Р2 можно найти по выражениям:
(3.32)
(3.33)
где τ_вых.н = C_P2 ( R_вых.н + R_н).
Частотные искажения, вносимые конденсатором C_э, приближенно определяются по формуле:
(3.34)
где τ_сэ.н= C_э·R_экв – постоянная времени эмиттерной цепи усилителя.
Эквивалентное сопротивление в эмиттере транзистора равно:
R_экв = R_э||R_тэ,
где R_тэ – сопротивление эмиттерной цепи транзистора.
Уравнение (3.34) можно использовать только при значениях M_сэ.н, близких к единице, что приемлемо в ряде практических случаев [3]. Для этого электролитический конденсатор C_э выбирают относительно большой емкости, обычно 50÷200 мкФ, однако его габариты невелики, так как рабочее напряжение на конденсаторе не превышает десятых долей от напряжения источника питания.
Сопротивление R_тэ можно определить, если представить схему замещения каскада в виде, приведенном на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Схема замещения каскада ОЭ в диапазоне нижних частот с учетом конденсатора СЭ

При этом принято допущение, что разделительный конденсатор С_P1 несущественно влияет на сопротивление входной цепи. Погрешность, обусловленная этим допущением, приведет к некоторому уменьшению заданного значения M_н для всего каскада, т. е. не ухудшит его качественные показатели. На схеме замещения и , тогда можно составить выражение для определения сопротивления R_тэ:

(3.35)
Величина частотных искажений и значение конденсатора C_э при заданном коэффициенте М_сэ.н вычисляются по выражениям:
(3.36)
(3.37)
Модуль комплексного коэффициента передачи по напряжению непосредственно самого усилителя с учетом влияния только конденсатора C_э равен:
(3.38)
Выражение для вычисления модуля коэффициента передачи по напряжению с учетом влияния входных и выходных цепей каскада запишем, используя равенства (3.19), (3.26) и (3.38).
С ростом частоты входного сигнала значение M_н→1. По данному выражению можно вычислить и построить АЧХ каскада в нижнем и среднем диапазонах частот.