Анализ каскада в области средних и верхних частот

 

Малосигнальная эквивалентная схема каскада с ОИ для средних частот приведена на рис. 9.2. Выходная цепь полевого транзистора представлена эквивалентным генератором тока SU _ЗИ =SU _вх с внутренним сопротивлением R_{i .}

Ток SU _вх создает на эквивалентном сопротивлении выходной цепи падение напряжения, равное по величине, но противоположное по направлению U _вых. Поэтому

Отсюда можно записать выражение для оценки коэффициента усиления по напряжению в области средних частот

. (9.3)

Знак минус подчеркивает свойство каскада инвертировать фазу усиливаемого сигнала.

Выходное сопротивление каскада . (9.4)

Входное сопротивление каскада . (9.5)

Сквозной коэффициент усиления .

Практически он совпадает с K _0, так как сопротивление резистора в цепи затвора R 1 может быть выбрано значительно большим внутреннего сопротивления источника сигнала R _с. Однако следует учесть, что при очень больших значениях сопротивления R 1 обратный ток p-n -перехода затвор-исток (он мал, но сильно зависит от температуры) может сильно влиять на стабильность режима VT 1 по постоянному току. Предельное значение сопротивления R 1 ограничено величиной порядка нескольких мегаом.

Режим работы при малом сигнале стремятся выбрать экономичным, однако при уменьшении I ₀ падает крутизна характеристики S и коэффициент усиления каскада (см. выражение 9.3).

Эквивалентную схему каскада для верхних частот (рис. 9.3) получаем, добавляя в схему для средних частот межэлектродные емкости полевого транзистора и емкость нагрузки (при ее наличии). Сопротивление R 1 опущено, т.к. предполагается, что R 1 > > R _с.

Оценим величину входного тока, который потребляется от источника сигнала на верхних частотах:

Таким образом, источник сигнала на верхних частотах нагружен на эквивалентную входную емкость

(9.6)

Суммарная емкость выходной цепи

(9.7)

С учетом этих обозначений эквивалентную схему можно упростить (рис. 9.4).

Эквивалентное сопротивление выходной цепи каскада

, (9.8)

где – постоянная времени выходной цепи.

Коэффициент усиления каскада по напряжению в области верхних частот

. (9.9)

Если внутреннее сопротивление источника сигнала не равно нулю, существенное влияние на свойства каскада в области верхних частот может оказать входная емкость . Входное сопротивление каскада уже не равно бесконечности, образуется делитель напряжения во входной цепи и входное напряжение оказывается меньшим ЭДС источника сигнала.

Коэффициент передачи входной цепи каскада

, (9.10)

где – постоянная времени входной цепи.

Суммарное влияние емкостей и отражают следующие соотношения:

;

; (9.11)

; (9.12)

. (9.13)

Если постоянные времени и существенно отличаются (в пять раз и более), при оценке частотных, фазовых или переходных искажений по формулам (9.11), (9.12) и (9.13) достаточно учесть большую из них.