3.3. Амплитудно-частотная характеристика усилителя

В многокаскадном усилителе связь каскадов друг с другом можно осуществить тремя способами: непосредственная (гальваническая) связь, связь с помощью разделительных конденсаторов (емкостная) и с помощью трансформаторов (трансформаторная ).

Рис. 22. Двухкаскадные усилители с емкостной межкаскадной связью

На рис. 22 приведена типичная схема транзисторных усилителей с емкостной межкаскадной связью.

Выяснить вид амплитудно-частотной характеристики усилителя удобно, ис­пользуя его эквивалентную схему при нижних, средних и верхних частотах усиливаемых сигналов. Рассмотрим эти схемы на примере связи первого и второго каскадов усилителя на биполярных транзисторах (рис. 22, а).

При пониженных частотах сигнала емкостное сопротивление разделительных конденсаторов х_Ср = 1/2f_нС_р достаточно велико и их влияние на работу схемы необходимо учитывать. В то же время влияние небольших емкостей С_К и С₀ на нижних частотах несущественно, так как их емкостные сопротивления при этих частотах значительно больше, чем сопротивления элементов, с которыми они соединены параллельно. Емкость же конденсатора С_Э выбирается достаточно большой (единицы — десятки микрофарад), поэтому даже на нижних частотах его емкостное сопротивление оказывается значительно меньше сопротивления резистора R_Э, а значит, падением напряжения на R_ЭС_Э -цепочке можно пренебречь. В результате эквивалентная схема каскада для нижних частот диапазона, на который рассчитан усилитель, приобретает вид, показанный на рис. 23, а.

Увеличение сопротивлений конденсаторов С_р1 и С_р2 приводит к тому, что падение напряжения на них возрастает, амплитуда базового I_Бm и коллекторного I_Km токов уменьшается, снижается переменная составляющая напряжения U_КЭm и амплитуда выходного напряжения, равная разности U_выхm= U_КЭm– U_Ср2m, падает даже при неизменной на всех частотах амплитуде входного напряжения U_вхm, а коэффициент усиления k=U_выхm/ U_вхm снижается. Поэтому амплитудно-частотная характеристика каскада имеет «завал» в области нижних частот.

С увеличением частоты усиливаемого сигнала и переходом в область средних частот емкостные сопротивления разделительных конденсаторов уменьшаются настолько, что падением напряжения на них можно пренебречь. Сопротивления же емкостей С_К и С₀ на средних частотах остаются еще достаточно большими и не влияют на амплитудно-частотную характеристику каскада. Поэтому эквивалентная схема для средних частот приобретает вид, показанный на рис. 23, б, где за нагрузочное сопротивление каскада принято эквивалентное сопротивление соединенных параллельно R_K1 и R_вх следующего каскада. Так как в эквивалентной схеме на средних частотах отсутствуют реактивные элементы, сопротивление которых зависит от частоты, коэффициент усиления на этих частотах неизменен.

Рис. 23. Эквивалентные схемы каскада на низших (а), средних (б) и высших (в) частотах и его амплитудно-частотная характеристика (г)

При дальнейшем повышении частоты сигнала емкостные сопротивления С_К и С₀ уменьшаются настолько, что их шунтирующее влияние на r_K и R_Н, как это видно на эквивалентной схеме (рис. 23, в), сказывается отрицательно на коэффициенте усиления, снижая его.

В результате амплитудно-частотная характеристика каскада с емкостной межкаскадной связью имеет вид, приведенный на рис. 23, г. Учитывая, что все сказанное относится и к следующим каскадам, можно считать, что и весь усилитель низкой частоты с емкостными связями между каскадами имеет аналогичную амплитудно-частотную характеристику.

Граничными частотами (нижней f_н и верхней f_в) усилителя низкой частоты считают такие, при которых коэффициент усиления снижается примерно до 0,7 от его значения на средних частотах.