3.1.4. Характеристики и расчетные формулы резисторного каскада.

Рис. 3.1.3. Обобщенные эквивалентные схемы резисторных каскадов: а — с биполярным транзистором; б — с электронной лампой или полевым транзистором

При подаче на вход резисторного каскада напряжения сигнала неизменной амплитуды, на различных частотах ЭДС генератора Е_г остается неизменной, так как транзистора в рабочем диапазоне частот усилительного элемента почти не меняется; напряжение на выходе каскада U_Вых или на переходе база—эмиттер следующего транзистора 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. 3.1.4. 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. 3.1.4. Для анализа и вывода расчет-ных 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. 3.1.3, 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. 3.1.3 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. 3.1.5.

Рис. 3.1.5. 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. 3.1.5а использованы следующие обозначения: U_экв.н и R_экв.н — ЭДС и внутреннее сопротивление эквивалентного генератора для нижних частот:

(3.1.2)

(3.1.3)

R ₀ — 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 В рис. 3.1.3. Из рисунков видно, что для транзисторного резисторного каскада:

(3.1.4)

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. 3.1.5а будет иметь те же частотные и фазовые характеристики, что и первоначально рассмотренная схема рис. 3.1.3.а для транзисторного каскада.

На эквивалентной схеме для средних частот R_~-сопротивление нагрузки выходной цепи усилительного элементам переменному току,

(3.1.5)

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. 3.1.5 в обозначены ЭДС и внутреннее сопротивление эквивалентного генератора для верхних частот:

(3.1.6)

(3.1.7)

Следовательно, эквивалентные схемы рис. 3.1.5 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.