Входное сопротивление усилителя (каскада)

Его находят из параллельного соединения сопротивлений R₂, R₁+R_Ф и r_ВХ входной цепи транзистора:

R_ВХ = R₂ || ( R₁+R_Ф ) || r_ВХ = R_ЭКВ || h_11Э ;

Вычислим входное сопротивление каскада.

3.2.2.4 Емкость конденсатора С₁

Электрическая цепь, образованная конденсатором связи С₁, последовательно включенного входу и R_ЭКВ||r_ВХ , представляет собой дифференцирующую цепь, обладающую свойствами фильтра верхних частот. Поэтому значение С₁ определяется из допустимого спада АЧХ цепи на низкой f_Н частоте (рис.7), т.к. на высокой частоте частотные искажения для рассчитанного конденсатора С₁ уменьшаются, т.к. его сопротивление становится малым. На рис.7 использованы следующие обозначения: К_Н, К_С, К_В – модули коэффициентов усиления соответственно на низких , средних и высоких частотах, которые вычисляются по формулам:

где R_ВН – внутреннее сопротивление источника усиливаемого сигнала,

где t_Н = С₁R_ВХ – постоянная времени входной цепи,

w_Н, w_В – круговые нижняя и верхняя частоты;

К/К_С – частотнозависимый относительный коэффициент усиления.

Величина обратная частотнозависимому относительному коэффициенту усиления называется коэффициентом частотных искажений (М). Различают:

М = К_С/К – коэффициент частотных искажений на средних частотах,

М_Н = К_С/К_Н – коэффициент частотных искажений на низких частотах,

М_В = К_С/К_В – коэффициент частотных искажений на высоких частотах.

Для нижних частот

Здесь: 1) М_Н задается, а если не задается, то согласно понятию полосы пропускания коэффициент частотных искажений принимает значение:

2) нижнее значение рабочего частотного диапазона:

w_H = 2pf_H

должно быть задано;

1) постоянная времени цепи обратной связи каскада на низкой частоте

t_Н = С₁(R_ЭКВ || r_ВХ) = С₁R_ВХ.

Из выражения (33) получим

Отсюда

Примем стандартное значение емкости

С₁ = 36 мкФ.

3.2.2.5 Емкость конденсатора С₂

Конденсатор связи С₂ разряжается и заряжается переменной составляющей тока по цепи с сопротивлениями R_К и R_Н, поэтому постоянная времени на нижних частотах

t_Н = С₂(R_K + R_H).

Коэффициент частотных искажений на нижней частоте

Отсюда

Вычислим С₂

Примем стандартное значение емкости

С₂ = 10 мкФ.

Расчет фильтра

В случае применения в качестве источника питания выпрямителя применен Г-образный RC-фильтр с элементами R_Ф и С_Ф. Нагрузкой фильтра является делитель напряжения R₁R₂, у которого резистор R₂ шунтируется входной цепью каскада. В качестве нагрузки следует рассматривать

Если рассматривать значение R_Ф из соотношения

где К_Ф =0,5 … 0,9, то падение напряжения по постоянной составляющей на резисторе R_Ф будет минимальным. Доля переменной составляющей в выпрямленном напряжении по отношению к постоянной составляющей на резисторе R_Ф значительно уменьшается. Емкость С_Ф выбирают такой, чтобы выполнялось следующее условие на промышленной (f = 50Гц) частоте

.

Отсюда

Коэффициент сглаживания

С учетом коэффициента сглаживания

Рассчитаем емкость конденсатора С_Ф фильтра.

а) Нагрузка фильтра

б) Вспомогательный коэффициент соотношений сопротивлений

Полученное значение К_Ф принадлежит рекомендованному диапазону значений.

в) Емкость конденсатора С_Ф фильтра вычислим по формуле (35)

Примем стандартное значение емкости конденсатора

С_Ф = 40 мкФ.

3.2.2.7 Параметры каскада.

Используя эквивалентную схему усилительного каскада с общим эмиттером (рис.3), вычислим следующие основные параметры усилительного каскада: R_ВХ, K_I, K_U, K_P, R_ВЫХ.

Формулы, по которым производятся вычисления приводятся в ниже приводимых иллюстрирующих примерах.

а) Входное сопротивление каскада вычислено в пункте 3.2.2.3.

R_ВХ = 613 Ом.

б) Коэффициент усиления по току.

Обычно у резистивных каскадов с ОЭ выполняется условие

К_I ≥ 0,8h_21Э.

Это условие действительно выполняется при точном следующем расчете

в) Коэффициент усиления по напряжению.

Для биполярных транзисторов должно выполняться неравенство

h₁₁>>R_Hh_Э ,

где h_Э = h_11Э h_22Э – h_21Э h_12Э.

В этом случае коэффициент усиления по напряжению

Знак минус указывает, что фаза выходного напряжения относительно входного напряжения отличается на 180 градусов. В расчетах знак минус не учитывается.

г) Коэффициент мощности.

K_p = K_I K_U = 28,5 × = 8338,5

д) Выходное сопротивление каскада