2. Усилитель как линейный четырёхполюсник

В области малых сигналов нелинейные искажения, вносимые активными и пассивными элементами незначительны, поэтому усилительные каскады для малых сигналов возможно считать линейными устройствами. В этом случае, усилитель можно представить и рассматривать в виде линейного четырехполюсника.

Рис.2.1. Линейный четырехполюсник

2.1. Y-параметры и их связь с основными параметрами и характеристиками усилителя

Выразим входные и выходные токи через Y-параметры усилителя:

.

(2.1)

Таким образом, из выражения можно определить все Y-параметры усилителя:

– входная проводимость;

– проводимость внутренней обратной связи;

– крутизна;

– выходная проводимость.

Эквивалентная схема линейного четырехполюсника:

Рис.2.2. Эквивалентная схема нагруженного четырехполюсника

Выходное напряжение и коэффициент усиления для нагруженного четырехполюсника записываются в виде:

,	(2.2)
.	(2.3)

Из выражения (2.3) для коэффициента усиления видно, что любое подключение нагрузки к усилителю приводит к уменьшению коэффициента передачи. С увеличением коэффициента усиления входное сопротивление усилителя снижается, а выходное сопротивление – увеличивается:

,	(2.4)
.	(2.5)

Существуют оптимальные соотношения между параметрами усилителя ( , , , ), при которых достигается требуемое усиление сигнала при устойчивой работе самого усилителя.

2.2. Виды соединений четырёхполюсников

Различают четыре вида соединения четырехполюсников: Y-типа, Z-типа, G-типа, H-типа.

Параллельное соединение по входу и по выходу (соединение Y-типа).

Рис.2.3. Схема соединения Y-типа

Параметры четырехполюсника, состоящего из двух четырехполюсников, соединенных таким образом определяются матрицей:

.

(2.6)

Примером такого соединения является схема включения операционного усилителя (обратная связь Y-типа):

Рис.2.4. Схема инвертирующего включения операционного усилителя

Последовательное соединение по входу и по выходу (соединение Z-типа)

Рис.2.5. Схема соединения Z-типа

Параметры четырехполюсника, состоящего из двух четырехполюсников, соединенных таким образом определяются матрицей:

.

(2.7)

Примером такого соединения является обратная связь Z-типа:

Рис.2.6. Схема усилительного каскада с обратной связью Z-типа

Последовательное соединение по входу и параллельное по выходу (соединение H-типа)

Рис.2.7. Схема соединения H-типа

Параметры четырехполюсника, состоящего из двух четырехполюсников, соединенных таким образом определяются матрицей:

.

(2.8)

Примером такого соединения является эмиттерный повторитель:

Рис.2.8. Схема эмиттерного повторителя

Параллельное соединение по входу и последовательное по выходу (соединение G-типа)

Рис.2.9. Схема соединения G-типа

Параметры четырехполюсника, состоящего из двух четырехполюсников, соединенных таким образом определяются матрицей:

.

(2.9)

Примером такого соединения является каскад по схеме с общей базой:

Рис.2.10. Схема с общей базой

Контрольные вопросы

7. В каком случае усилитель можно рассматривать как линейный четырехполюсник?

   1. Если усилитель описан системой Y-параметров.

   2. Если нелинейные искажения, вносимые активными и пассивными элементами малы.

   3. Если линейные искажения не превышают допустимых значений при малой амплитуде входного сигнала.

   4. Если амплитуда сигнала на входе не превышает допустимых значений.

   5. Если температура усилителя невысока и внутренние шумы незначительны, а параметры активных и пассивных элементов стабильны.

8. Как сопротивление нагрузки влияет на коэффициент усиления?

   1. Любое подключение нагрузки к усилителю приводит к уменьшению коэффициента передачи.

   2. Любое подключение нагрузки к усилителю приводит к увеличению коэффициента передачи.

   3. Никак.

9. Каким образом входное и выходное сопротивления зависят от коэффициента усиления?

   1. С увеличением коэффициента усиления входное сопротивление усилителя увеличивается.

   2. С увеличением коэффициента усиления выходное сопротивление усилителя снижается.

   3. С увеличением коэффициента усиления входное сопротивление усилителя снижается, а выходное сопротивление увеличивается.

   4. С увеличением коэффициента усиления входное сопротивление усилителя увеличивается, а выходное сопротивление снижается.

   5. Никак не зависят.