Область нижних частот
«Завал» АЧХ в области нижних частот (рис.3.) обусловлен наличием разделительных конденсаторов Ср1, Ср2 и конденсатора в цепи эмиттера Сэ.
Сопротивление конденсатора зависит от частоты и определяется следующим образом:
т.е с понижением частоты его сопротивление возрастает. Конденсатор Ср1 включен последовательно между источником входного сигнала и входом усилителя и совместно со входным сопротивлением усилителя образует как бы делитель напряжения. Поэтому с понижением частоты и возрастанием сопротивления конденсатора Ср1 большая часть входного напряжения будет выделяться на этом конденсаторе, а на вход усилителя будет поступать меньше, следовательно уменьшится сигнал на выходе и уменьшится коэффициент усиления на нижних частотах, а коэффициент частотных искажений Мн возрастет. Аналогично влияет и конденсатор Ср2, который совместно с Rн образует еще один выходной делитель напряжения. Коэффициенты частотных искажений для входной и выходной цепей определяются в виде:
причем для входной цепи н.вх=Ср1(Rг+Rвх.тр)
а для выходной цепи н.вых=Ср2(Rк+Rн)
Суммарные частотные искажения определяются в виде:
Мн=Мн.вхМн.вых
Из приведенного выражения для частотных искажений видно, что с понижением частоты и уменьшением значения разделительных конденсаторов значение Мн возрастает, а следовательно Кн уменьшается, что и способствует «завалу» АЧХ.
Область верхних частот
На «завал» АЧХ и появление дополнительных фазовых сдвигов основное влияние оказывают следующие причины:
Зависимость коэффициента усиления транзистора ( )от частоты, связанное с инерционностью носителей, причем с ростом частоты значение ( ) уменьшается;
Наличие барьерной емкости Ск*, в которую ответвляется часть коллекторного тока, при этом ток в нагрузке, а следовательно, и выходное напряжение уменьшается;
наличие емкости монтажа (См) и емкости нагрузки (Сн), которые оказываются подключенными параллельно Rк, и с ростом частоты уменьшают эквивалентное сопротивление нагрузки по переменному току. За счет этого (также как и за счет влияния Ск*) на нагрузке будет уменьшаться выходное напряжение и соответственно коэффициент усиления на высокой частоте.
Частотные искажения для области верхних частот определяются следующим выражением:
где: - постоянная времени транзистора, определяющая его частотные свойства;
в=Со Rк - постоянная времени нагрузки.
Соответственно верхняя граничная частота усиления при заданных частотных искажениях определиться в виде:
Из приведенного выражения очевидно, что в будет увеличиваться если использован более высокочастотный транзистор с меньшими значения , а также при уменьшении Rв и Со.
Для характеристики свойств усилителя, кроме диапазона усиливаемых частот, вводится понятие площади усиления:
П=Кср в
В приведенном выражении для увеличения Кср мы должны увеличивать значение Rк, что следует из анализа в области средних частот. Но одновременно увеличение Rк, автоматически приводит к уменьшению в, т.е. значение площади усиления определяемой как произведение Кср и в, будет оставаться примерно постоянным для данного типа усилителя. Это очень важный вывод, который говорит о том, что одновременно обеспечить большое значение Кср и широкую полосу усиливаемых частот невозможно. Поэтому реальные усилители, как правило, выполняют многокаскадными, причем каждый каскад выполняют широкополосным (в - велико), но с малым коэффициентом усиления, а общий коэффициент усиления определяют как произведение коэффициентов усиления отдельных каскадов.
При исследовании качественных показателей и характеристик усилительного каскада используется схема, приведенная на рис.8