6. Rc-усилитель

По виду связи между каскада­ми (при многокаскадном выполнении усилителей) различают усили­тели с емкостной, трансформаторной и гальванической связью (уси­лители постоянного тока).

Рис. 92. Транзисторная (а) схема усилителя с RC-связью

Усилители с емкостной связью. Усилители с емкостной или RC-связью имеют широкое применение.. Они просты в конструкции и наладке, дешевы, обладают стабильными характеристиками, на­дежны в работе, имеют небольшие размеры и массу. Типовые схе­мы усилителя на транзисторах с емкостной связью пока­заны на рис. 92, а.

Режим транзистора в схеме задается напряжением источника Е_к и смещением с делителя R1R2; резистор R_Э1 совместно с дели­телем смещения R1R2 осуществляют температурную стабилизацию режима; конденсатор С_Э1 исключает отрицательную обратную связь по переменной составляющей тока. Напряжение сигнала Uвх, подлежащее усилению, подводится к цепи базы V1 через конден­сатор С_р1 разделяющий по постоянному току источник сигнала и цепь базы первого каскада усилителя. Между коллектором первого V1 и базой второго V2 транзисторов включен разделительный кон­денсатор С_р2, который не пропускает относительно высокий потен­циал с коллектора V1на базу V2.

Коэффициент усиления каскада зависит от параметров усили­тельного элемента (транзистора, лампы), выходного сопротивления исследуемого каскада, входного сопротивления следующего каскада, а также от частоты, поскольку от нее зависят проводимость и коэффициент передачи транзистора.

Рис. 93. Частотная харак­теристика резисторного кас­када

Частотная характеристика резисторного каскада с емкостной связью (рис. 93) может быть разделена на три области частот: нижних НЧ, средних СЧ и верхних ВЧ. В области нижних частот коэффициент усиления K_Н снижается (с уменьшением частоты) в ос­новном из-за увеличения сопротивления конденсатора межкас­кадной связи С_р1. Емкость этого конденсатора выбирают достаточ­но большой, что снизит падение напряжения на нем. Обычно низ­кочастотный диапазон ограничивается частотой f_H, на которой ко­эффициент усиления снижается до 0,7 среднечастотного значения, т. е. K_Н=0,7K₀. В области средних частот, составляющих основную часть рабочего диапазона усилителя, коэффициент усиления K₀ практически не зависит от частоты. В области верхних частот f_B снижение усиления K_В обусловлено емкостью С₀=Свых+См+Свх (где С_вых — емкость усилительного элемента каскада; С_м — емкость монтажа, С_вх — емкость усилительного элемента следующего кас­када). Эту емкость всегда стремятся свести к минимуму, чтобы ограничить через нее ток сигнала и обеспечить большой коэффициент усиления.

Работу усилителя покажу на примере однокаскадного, рис.2.7:

Рисунок 2.7 – Усилительный каскад с емкостной связью

Работа усилителя заключается в том, что входной сигнал генератора (Е_г) вызывает изменение потенциала базы относительно U_б покоя (U_б0) по закону входного сигнала, что вызывает изменения тока коллектора по такому же закону, т.е. I_к = f(U_вх). Ток коллектора имеет две составляющие: постоянную i_{к =} и переменную i_{к ~} т.е. I_к = I_{к =} + i_{к ~}. Ток коллектора протекает по R_к создает на нем падение напряжения ΔU_Rк = I_к R_к, а напряжение на коллекторе будет (в соответствии с уравнением нагрузочной характеристикой, изменяться по следующей «зависимости»:

Переменная составляющая тока коллектора i_к через разделительный конденсатор (С_р) поступает на вход следующего каскада и протекает через его входное сопротивление R_вх создает на нем падение напряжения, что является источником сигнала (Е_г) для второго каскада. Усилительный каскад с ОЭ является инвертирующим каскадом.

Основной проблемой, с которой приходится сталкиваться при проектировании усилителей переменного тока с RC–связями, является проблема правильного выбора элементов межкаскадной связи. Именно эти элементы в большей степени определяют полосу пропускания усилителя. Поэтому основным критерием выбора элементов межкаскадной связи является уровень вносимых частотных искажений. Задача расчета – обеспечить уровень вносимых искажений не больше заданного, т.е. обеспечить требуемую полосу пропускания усилителя.