5.3. Эквивалентная схема усилителя.

Любой усилительный элемент может быть представлен четырехполюсником, (рис.5.2) который характеризуется системой параметров у, z и h. В нашем курсе мы будем пользоваться системой у параметров.

Рис.5.2. Линейный четырехполюсник.

В этом случае четырехполюсник описывается системой уравнений:

(5.1)

где - входная проводимость;

- обратная проводимость;

- прямая проводимость (S крутизна);

- выходная проводимость.

Таким образом, основные параметры усилительных элементов можно выразить через у - параметры четырехполюсника (рис.5.3.а).

Входная и выходная проводимости усилительного элемента состоят из активных и реактивных составляющих:

, (5.2)

(5.3)

Прямая проводимость определяется коэффициентом усиления БТ или крутизной проходной характеристики ПТ

. (5.4)

Влиянием обратной проводимости на низких частотах пренебре­гают, и эквивалентные схемы усилительного элемента входной и вы­ходной цепей рассматривают отдельно (рис. 5.3,б и 5.3,в).

Рис.5.3. Эквивалентная схема двойного усилительного элемента:

а – полная; б – выходной цепи; в – входной цепи

Свойства и характеристики усилительного каскада зависят от свойств и параметров усилительного элемента, схемы межкаскадной связи, а также от параметров нагрузки. Определение свойств и ха­рактеристик усилителя (анализ) проводят по его эквивалентной схе­ме. Эквивалентная схема одного каскада усилителя, приведенная на рис.5.4, состоит из эквивалентной схемы выходной цепи усили­тельного элемента рассматриваемого каскада, элементов схемы межкаскадной связи и эквивалентной схемы входной цепи усилительного элемента следующего каскада.

Рис.5.4. Эквивалентная схема резисторного усилителя.

Полная эквивалентная схема резистивного усилителя (рис.5.4) включает в себя, кроме выходной цепи, цепочку межкаскадной связи C1R1, входную цепь следующего усилительного элемента и ем­кость монтажа.

В ламповых усилителях и усилителях на полевом транзисторе влиянием можно пренебречь, так как его значение очень велико и ток по этой цепи не протекает.

Емкость выходной цепи представляет собой межэлектрод­ную емкость между анодом и катодом или между стоком и истоком.

Емкость монтажа зависит от габарита выбранных элементов и составляет порядка (1015) пФ для ламповых усилителей и (57) пФ для транзисторных. Емкость входной цепи определяется межэлек­тродными емкостями затвор-исток и затвор-сток следующим выраже­нием: .

Если просуммируем параллельно включенные емкости ,и, то получим общую паразитную емкость

. (5.5)

С учетом (5.5) эквивалентная схема резистивного усилителя примет вид, изображенный на рис. 5.5, где R_i=R_вых.

Рис.5.5. Эквивалентная схема резистивного каскада на ПТ.

5.4. Методика анализа резисторного каскада предварительного усилителя.

Анализ резисторного предварительного каскада проводится на основе эквивалентной схемы. При этом считается, что входное напряжение U_вх и тип транзистора заданы в технических условиях. Важным этапом анализа является составление эквивалентной схемы для анализируемого каскада. Этот вопрос подробно рассмотрен в предыдущем подразделе. Для упрощения анализа амплитудно-частотной характеристики разделяют на три частотных диапазона: средние, нижние и высокие частоты. По эквивалентной схеме определяют основной показатель - комплексный коэффициент усиления. К(j), который определяется отношением комплексных значений выходного и входного напряжений: К(j)=U_вых/U_вх.

На нижних частотах основное влияние на АЧХ оказывает разделительная емкость С1. С уменьшением частоты емкостное сопротивлние, равное X_с=1/ jС, возрастает. Следовательно, увеличивается падение напряжения на этом элементе. Вследствие чего уменьшается U_вых и К(j).

На верхних частотах сопротивление C₀ уменьшается, увеличи­вается шунтирующее действие C₀, уменьшаются и коэффициент усиления. Но для качественной работы усилителя необходимо, чтобы его частотная характеристика приближалась к идеальной в области средних частот. Для этого реактивные элементыС1 и C₀ должны быть выбра­ны так, чтобы на средних частотах сопротивление С1 и проводи­мость C₀ были незначительными. Следовательно, эти элементы должны быть выбраны: С1, C₀→0.