Схемотехника аналоговых электронных устройств

Обычно уровень НИ характеризуется коэффициентом гармоник . Суммарный коэффициент гармоник равен

,

где и соответственно коэффициенты гармоник по второй и третьей гармоническим составляющим (составляющими более высокого порядка можно пренебречь ввиду их относительной малости).

Коэффициенты гармоник и , независимо от способа включения БТ, определяются из следующих соотношений:

,

,

где В - фактор связи (петлевое усиление).

Данные выражения учитывают только нелинейность эмиттерного перехода и получены на основе разложения в ряд Тейлора функции тока эмиттера

.

Фактор связи зависит от способа включения транзистора и вида обратной связи. Для каскада с ОЭ и ПООСТ имеем:

,

где - сопротивление источника сигнала (или предыдущего каскада); - сопротивление ПООСТ (см. подраздел 3.2, в случае отсутствия ПООСТ ).

Для каскада с ОЭ и ||ООСН

,

где , - сопротивление ||ООСН (см. подраздел 3.4).

Для каскада с ОК

,

где (см. подраздел 2.8).

Для каскада с ОБ

.

Коэффициенты гармоник и , независимо от способа включения ПТ, определяются из следующих соотношений:

,

,

где А - коэффициент, равный второму члену разложения выражения для нелинейной крутизны в ряд Тейлора, равный [15]

,

где и см. рисунок 2.33.

Фактор связи В зависит от способа включения транзистора и вида ООС. Для каскада с ОИ и ПООСТ имеем:

,

где - сопротивление ПООСТ (см. подраздел 3.2, в случае отсутствия ПООСТ ).

Для каскада с ОИ и ||ООСН имеем:

,

где , - сопротивление ||ООСН (см. подраздел 3.4).

Для каскада с ОС

,

где (см. подраздел 2.11).

Для каскада с ОЗ

.

В приведенных выше выражениях - сопротивление тела полупроводника в цепи истока, , где - см. подраздел 2.10, для маломощных ПТ =(10…200)Ом; - см. рисунок 2.38.

Приведенные соотношения для оценки дают хороший результат в случае малых нелинейностей, в режиме больших нелинейностей следует воспользоваться известными машинными методами [4], или обратиться к графическим методам оценки НИ [6].

8.2. Расчет устойчивости УУ

Оценку устойчивости УУ, представленного эквивалентным четырехполюсником, описываемым Y-параметрами, удобно проводить с помощью определения инвариантного коэффициента устойчивости [2]:

.

При k>1 усилитель безусловно устойчив, при k<1 - потенциально неустойчив, т.е. существуют такие сочетания полных проводимостей нагрузки и источника сигнала, при которых возможно возникновение генерации.

Устойчивость усилителя с учетом проводимости нагрузки и источника сигнала определяется следующим соотношением:

.

При k>1 усилитель безусловно устойчив, при k<1 - неустойчив, k=1 соответствует границе устойчивости.

Эквивалентные Y-параметры усилителя определяются, согласно методике подраздела 2.3, в заданных точках диапазона рабочих частот. Использование инвариантного коэффициента устойчивости особенно удобно при машинном анализе УУ. Другие методы оценки устойчивости описаны в [6].

8.3. Расчет шумовых характеристик УУ

Шумы в УУ в основном определяются шумами активных сопротивлений и усилительных элементов, расположенных во входных каскадах. Наибольший вклад в мощность шума, создаваемого усилительным каскадом, вносит усилительный элемент. Наличие собственных источников шумов ограничивает возможность усиления слабых сигналов.

В зависимости от природы возникновения, собственные шумы транзистора подразделяются на тепловые, дробовые, шумы токораспределения, избыточные и т.д.

Тепловые шумы обусловлены беспорядочными перемещениями свободных носителей заряда в проводниках и полупроводниках, дробовые - дискретностью заряда носителей (электронов и "дырок") и случайным характером инжекции и экстракции их через p-n-переходы. Шум токораспределения вызывается флуктуациями распределения тока эмиттера на токи коллектора и базы. Все вышеперечисленные виды шумов имеют равномерный спектр.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36	37	38	39	40	41	42	43	44	45