Исследование апериодических усилителей радиочастоты: Лабораторный практикум

А. С. Тусов

Лабораторный практикум по дисциплине

«РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА»

Лабораторная работа № 1

Исследование апериодических усилителей радиочастоты

Апериодическими называют усилители, не имеющие в своем составе резонансных контуров или иных цепей со свойствами частотной селекции. Благодаря этому апериодические усилители не нуждаются в перестройке при изменении частоты сигнала, принимаемого радиоприемным устройством.

Апериодические усилители широко применяются в качестве антенных усилителей радио- и телевизионных приемников, в качестве усилителей высокой частоты на входе радиоприемного устройства.

1. Исследование апериодического усилительного каскада на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером

1.1. Краткие теоретические сведения

Схема для исследования апериодического усилительного каскада на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером в среде Electronics Workbench приведена на рисунке 1. Режим транзистора по постоянному току определяется тем, что база его соединена с общим проводом через посредство последовательно соединенных резистора R1 и нулевого внутреннего выходного сопротивления генератора входного сигнала, следовательно, потенциал базы чуть ниже нуля из-за протекания по R1 тока базы; эмиттер транзистора соединен с источником смещения V1 напряжением -5 В через посредство резистора R3. Ток эмиттера , где 0,7В – падение напряжения на прямосмещенном переходе база – эмиттер. В свою очередь, ток базы  и ток коллектора , где  - коэффициент усиления тока базы транзистора. Для измерения тока коллектора транзистора в состав схемы включен амперметр М1.

По переменному току эмиттер транзистора заземлен через посредство конденсатора С2. Усиленный сигнал снимается с коллектора и через разделительный конденсатор С1 следует в комплексную нагрузку С3R4. Общее сопротивление нагрузки, приведенное к коллектору, включает параллельно соединенные R2, R4, C3, а также внутреннее выходное сопротивление и выходную емкость транзистора.

Рисунок 1. Апериодический усилительный каскад на биполярном транзисторе с общим эмиттером

Амплитудно-частотная характеристика каскада плоская на средних частотах и имеет спады на нижних и на верхних частотах. Спад на нижних частотах обусловлен наличием конденсатора С2, который совместно с выходным сопротивлением транзистора со стороны эмиттера (это, главным образом, сопротивление прямосмещенного перехода ) образует постоянную времени . Следовательно, нижняя граничная частота каскада .

Спад усиления на верхних частотах обусловлен несколькими причинами. Во-первых, емкостная составляющая сопротивления нагрузки (на рис. 1 это С3), сопротивление которой с ростом частоты падает. Во-вторых, это снижение усиления самого транзистора из-за наличия диффузионной емкости перехода база – эмиттер, шунтирующей входную цепь каскада. На частоте  модуль коэффициента усиления тока базы падает до единицы. На частоте  коэффициент усиления тока базы в 1/ раз меньше, чем на низких частотах. В-третьих, барьерная емкость обратносмещенного перехода коллектор – база С_КБ на высокой частоте создает путь для прохождения части выходного сигнала с коллектора на вход каскада, а поскольку напряжения на базе и на коллекторе транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, находятся в противофазе,  образуется отрицательная обратная связь, уменьшающая усиление, а также входное сопротивление каскада на высоких частотах (это явление называется эффектом Миллера, а емкость, включенная между выходом и входом каскада – емкостью Миллера).  В-четвертых, в реальной конструкции всегда имеются паразитные емкости между всеми проводящими элементами, и практически все они приводят к снижению усиления на высоких частотах.