Tny характеристики на усилвателното стъпало
Наличието на кондензатори във веригата на усилващия етап и зависимостта на параметрите на транзистора от честотата водят до факта, че когато честотата на входния сигнал се промени, напрежението на изхода на усилвателя се променя както по амплитуда, така и по фаза. В съответствие с това коефициентът на усилване на напрежението се характеризира с комплексна величина, определяна от модула на усилване /Ku/ и ъгъла на фазово отместванена изходното синусоидално напрежение на усилвателя спрямо входа. Зависимостта на модула Ku от честотата определя амплитудно-честотната характеристика на усилвателя, а зависимостта на ъгъла на фазово отместване от честотата определя неговата фазово-честотна характеристика. В нискочестотната област на лентата на пропускане тези зависимости за чисто активен товар се определят от наличието на кондензатори във веригата, а в областта на високите честоти - главно от честотните параметри на транзисторите.
2.6.1. Характеристики на усилвателното стъпало
в областта на ниските честоти
При изчисляване на коефициента на усилване на единични етапи съпротивлението на кондензаторите на променлив ток Xc=1/(C) е равно на нула. Това предположение е валидно за средночестотната лента. Коефициентът на усилване на усилвателя за тези честоти съответства на стойността Kuo (фиг. 7.а). С намаляването на честотата започва да влияе
b - ефектът на капацитета на свързващите кондензатори върху характеристиката в нискочестотната област
намаляване на проводимостта на свързващите кондензатори Sv в усилвателното стъпало. Поради спада на напрежението в кондензаторите, напрежението на сигнала, което идва към входа на транзистора от източника на входния сигнал и от колектора на транзистора към товара, намалява.
Паданенапрежението върху кондензаторите води до намаляване на амплитудните стойности на сигналите на изхода на етапа и усилвателя като цяло, което се проявява чрез намаляване на усилването му в нискочестотната област (фиг. 7.а). Влиянието на кондензаторите Ср е причината в кондензаторно-свързания усилвател усилването да е Ku0 при f0. Характерът на зависимостта на усилването в нискочестотната област се определя от стойността на капацитета на кондензаторите Cp. По-специално, с увеличаване на техния капацитет, намаляване на усилването настъпва при по-ниски честоти (фиг. 7.b).
Трябва да се отбележи, че кондензаторът Ce също влияе върху усилването на каскадата в нискочестотната област. Неговото влияние се проявява във факта, че с намаляване на честотата усилването на каскадата намалява поради намаляване на шунтиращия ефект на кондензатора върху резистора Re.
Да определим усилването на каскадата - поток и напрежение при ниски честоти. За целта използваме еквивалентната схема (фиг. 8) с включените разделителни капацитети C1 и C2 (пренебрегваме капацитета на емитера C).
Коефициентът на усилване на тока при по-ниски честоти Kinv може да бъде намерен в операторната форма, както следва:
Където
Фиг.8. Еквивалентната схема на усилвателния етап с RC-свързване при ниски честоти
Като вземем предвид израз (16) и условието rout>>Rk, получаваме
Замествайки получената връзка в израза за КIn, намираме
(24)
където -KI е усилването на каскадата при средни честоти;
Заменяйки P с j в израз (24), можем да намерим зависимостта на модула на текущото усилване на каскадата от честотата:
(25)
Вижда се, че коефициентът KI с увеличаване на честотата се доближава до стойността KI; при средни честоти, а при 0 KI намалява до нула.
ПечалбаЩе намерим каскадата чрез напрежението на Кун при ниски честоти, като изразим напрежението при товара чрез тока на натоварване Un (P) \u003d In (P) R n, а напрежението на източника - чрез входния ток на каскадата
Като вземем предвид израза (24), получаваме
.
Означавайки (Rg+Rin)C1=in, като вземем предвид изразите (21) и (24), намираме:
(26)
KU - етапно усилване при средни честоти.
Зависимостта на модула на усилването на напрежението на каскадата от честотата приема формата
(27)
и представлява амплитудно-честотната характеристика (AFC) на усилващото стъпало при ниски честоти.
С увеличаване на честотата, в съответствие с израз (27), Kin клони към стойността на Kin при средни честоти, а Kin намалява до нула, което потвърждава честотните характеристики на фиг. 7 за ниски честоти.
Нека да определим коефициента на честотно изкривяване Mn при ниски честоти:
(28)
където Mp1 е коефициентът на честотно изкривяване, въведен от разделителния капацитет Cp1 на входа на каскадата, а Mp2 е капацитетът Cp2 на изхода на каскадата.
Така се определя общият коефициент на изкривяване на каскадата Mn при по-ниските честоти ax. произведението на коефициентите на честотно изкривяване, въведени от всеки елемент поотделно.
При по-ниски честоти се въвеждат изкривявания и от капацитета на емитера Ce:
(29)
където e е времевата константа на емитерната верига,
ако условието (Rg + Rin) 0 е изпълнено и с увеличаване на честотата (в средночестотната област), фазовите смени намаляват до нула.
При изчисляване на каскадата за необходимата нискочестотна област, първоначалният параметър е най-ниската честота на лентата на пропускане fn за усилените сигнали. Честотата fn съответства на граничната стойност на коефициента на честотно изкривяване Mn=Mnp (фиг. 7, а), чиято стойност зависи от предназначението на усилвателя. За усилване на звукачестоти, стойността на Mnp често се приема равна. Съгласно израз (31), проблемът се свежда до избора на такива стойности на капацитета на кондензатора, че Mn да не надвишава границата Mnp(.