Характеристики и расчетные формулы резисторного каскада

При подаче на вход резисторного каскада напряжения сигнала неизменной амплитуды, но

Рис. 2.4.3, Обобщенные эквивалентные схемы резисторных каскадов: а — сбиполярным транзистором; б — с электронной лампой или полевым тран­зистором.

различных частот ЭДС генератора Е_г остается неизменной, так как m транзистора в рабочем диапазоне частот усилительного элемента почти не меняется; на­пряжение на выходе каскада U_Вых или на переходе база—эмит­тер следующего транзистора U_п.cл будет изменяться, так как на разных частотах диапазона сопротивления емкостей С и С₀, раз­личны. Так, с понижением частоты сигнала сопротивление кон­денсатора межкаскадной связи, включенного последовательно с выходными зажимами схемы, возрастает, а падение напряжения сигнала на нем увеличивается, вследствие чего выходное напря­жение резисторного каскада и его (коэффициент усиления на ниж­них частотах уменьшаются. С повышением частоты выходное на­пряжение и коэффициент усиления уменьшаются из-за уменьше­ния сопротивления емкости С₀, подключенной к выходным зажи­мам.

Для того чтобы коэффициент усиления резисторного каска­да в рабочем диапазоне частот сохранялся почти постоянным, ем­кость конденсатора С берут настолько большой, чтобы она не очень уменьшала усиление на низшей частоте f_н, а емкость Со стараются сделать столь малой, чтобы она не снижала заметно усиления каскада на верхней рабочей частоте f_в. Поэтому в средней области частот конденсатор С обычно не влияет на час­тотную характеристику,

Рис. 2.4.4. Характеристики резисторного каскада: а – частотная; б – фазовая;

так как его сопротивление на этих час­тотах невелико и падение напряжения сигнала на нем ничтожно, а сопротивление емкости С₀ на этих частотах еще очень велика ввиду малой ее величины, ток сигнала через нее ничтожен, и она, также не влияет на частотную ха­рактеристику каскада на сред­них частотах. Частотная и фазо­вая характеристики резисторного каскада изображены на рис. 2.4.4. Для анализа и вывода расчет­ных формул удобно всю область рабочих частот разделить на три участка: область нижних ча­стот, в которой на усиление рези­сторного каскада влияет только конденсатор межкаскадной связи С, средних частот, где усиле­ние практически постоянно, и область верхние частот, в кото­рой на свойства каскада влияет столько емкость С₀, нагружающая каскад. На этом основании полные эквивалентные схемы резисторного каскада, изображенные на рис. 2.4.3, можно преобразовать в более простые частные эквивалентные схемы для нижних, средних и верхних частот, со­стоящие только из элементов, которые влияют на свойства каскада в данной области частот. Это позволит еще более упростить анализ свойств и расчет каскада. Такое разделение частот и преобразование полной эквивалентной схемы в частные удобны при анализе усилительных каскадов с любой схемой межкаскад­ной связи, поэтому часто используются.

Так, удалив из схем рис. 2.4.3 С₀, получим схемы для нижних частот; удалив С₀ и закоротив С - для средних частот, а оставив С₀ и закоротив С, получим схемы для верхних частот. Преобразо­ванные таким образом и обобщенные схемы резисторного каска­да на биполярном или полевом транзисторе. Для нижних, средних и верхних частот изображены на рис. 2.4.5.

Рис. 2.4.5. Преобразованные и обобщенные эквивалентные схемы резисторных каскадов: а — для нижних частот с эквивалентным генератором; б — для средних частот; в — для верхних частот с эквивалентным генератором.

На эквивалентной схеме для нижних частот рис. 2.4.5а исполь­зованы следующие обозначения: U_экв.н и R_экв.н — ЭДС и внутрен­нее сопротивление эквивалентного генератора для нижних час­тот:

;

, (2.4.2)

R₀ — активная составляющая сопротивления цепи вправо от раз­делительного конденсатора С; на эквивалентной схеме для нижних частот R₀ представляет собой сопротивление заменяемой цепи между точками А и Врис. 2.4.3. Из рисунков видно, что для транзисторного резисторного каскада:

,

т. е. R₀ —активная составляющая входного сопротивления следу­ющего каскада R_вх.сл. Хотя при такой замене на схеме исчезло напряжение U_п.сл, управляющее следующим транзистором, на ней осталось напряжение U_вых, пропорциональное исчезнувшему и совпадающее с ним по фазе, а следовательно, полученная в ре­зультате замены схема рис. 2.4.5а будет иметь те же частотные и фазовые характеристики, что и первоначально рассмотренная схе­ма рис. 2.4.3а для транзисторного каскада.

На эквивалентной схеме для средних частот (рис. 2.4.5 6) R_~-сопротивление нагрузки выходной цепи усилительного элементам переменному току,

, (2.4.3)

равное сопротивлению параллельного соединения резистора R нагрузки выходной цепи и сопротивлений всех других резисторов схемы, подключенных к нему параллельно (т. е. R₀). Через U_экв.в и R_экв.в на рис. 2.4.5 в обозначены ЭДС и внутреннее сопротивление эквивалентного генератора для верхних частот:

;

. (2.4.4)

Следовательно, эквивалентные схемы рис. 2.4.5 справедливы как для резисторного каскада на биполярном транзисторе так и для резисторного каскада на полевом транзисторе, но входящие в них элементы имеют различные значения. Это позволяет вести анализ таких каскадов совместно.