1.2 Усилитель с rc - связью в режиме усиления непрерывных сигналов

При усилении непрерывных сигналов характеристики усилителя рассматривают в предположении, что входной сигнал - гармонический. Одной из основных характеристик усилителя, характеризующей его способность усиливать различные гармонические составляющие является комплексный коэффициент усиления K(j). Он представляет собой зависимость отношения комплексных амплитуд выходного (U_вых ) и входного (U_вх ) напряжений от частоты.

К_(j) = = К()e^j(),

г де K() =|K(j)| - модуль комплексной функции или амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) коэффициента усиления - зависимость отношения амплитуд выходного и входного сигналов (U_mвых/U_mвх) от частоты; _()- фазово-частотная характеристика (ФЧХ) - зависимость фазового сдвига между выходным и входным сигналами от частоты (_()=_вых-_вх).

На рис.4 и 5 приведены АЧХ и ФЧХ для идеального и реального усилителя. Для идеального усилителя АЧХ не зависит от частоты (K_()= ). Для реального усилителя АЧХ (K_()) непостоянна, т.е. зависит от частоты. Уменьшение коэффициента усиления в области НЧ и ВЧ представляют собой линейные частотные искажения, создаваемые усилителем. Они оцениваются коэффициентом частотных искажений М = / K_(гр).

Весь диапазон частот разбивают на 3 участка: область средних частот, где коэффициент усиления K_u = практически не зависит от частоты - это область рабочих частот, область низких частот  < _{н гр}, где K_u  и область высоких частот > _{в гр}, где K_u < . Частоты _н.гр и _в.гр, являющиеся границами рабочего диапазона, называют граничными частотами в области нижних (_{н гр}) и области верхних (_в.гр) частот.

1.2.1 Область средних частот

Здесь влиянием , и С_о можно пренебречь т.к. Х_с0>>R_н, а X_ср1<<h₁₁ и X_ср2<< R_н,_., а потому эквивалентная схема (рис.3) для области средних частот упрощается (см.рис.6). коэффициент усиления по напряжению определяется выражением:

=U_вых/U_вх= -h₂₁R_н.экв/(R_г+R _вх.ус),

где h₂₁ коэффициент усиления тока базы для транзистора, включенного по схеме с ОЭ; R_вх.ус=R₁//R₂//h₁₁ - входное сопротивление усилителя (т.к. обычно R₁ и R₂  h₁₁, то R_вх.ус=h₁₁); R_н.экв=(1/h₂₂)//R_к//R_н -эквивалентное сопротивлению нагрузки транзисторного каскада; R_г- выходное сопротивление источника сигнала.

Коэффициент усиления действительное число. Величина его зависит от выбора транзистора (h₁₁,h₂₁) и резисторов R_н.экв, R_вх.ус., R_г. Знак (-) говорит о том, что происходит инвертирование выходного сигнала (сдвиг по фазе на 180⁰) относительно сигнала на входе.

1.2.2 Область низких частот

Здесь необходимо учитывать разделительные конденсаторы и т.к. на низких частотах их сопротивления становятся соизмеримыми с R_вх.ус и R_н.экв, а паразитной емкостью С_o можно пренебречь, т.к. Х_с0>>R_н (рис.7). На низких частотах часть усиливаемого входного сигнала U_вх падает на разделительных конденсаторах ( и ), причем с уменьшением частоты оно возрастает, выходное напряжение уменьшается а, следовательно, это приводит к уменьшению коэффициента усиления по сравнению с его значением в диапазоне средних частот.

Коэффициент усиления в области низких частот имеет вид

,

где _н1= R_вх.ус- постоянная времени в области НЧ, определяемая ; _н2 = R_н - постоянная времени в области НЧ, определяемая ; _н = _н1_н2/(_н1+_н2) - эквивалентная постоянная времени каскада в области НЧ, определяемая разделительными конденсаторами и .

Нормированная АЧХ в области НЧ определяется выражением:

.

Отсюда следует, что нижняя граничная частота определяется из выражения .

Для уменьшения неравномерности АЧХ в области НЧ (расширения полоса пропускания), т.е. уменьшения ω_н, необходимо увеличивать τ_н. Это достигается путем увеличения значений и , а также увеличением значений R_вх.ус. и R_н.экв..