8.3 Підсилювачі з резистивно-ємнісним зв`язком

8.3.1 Особливості підсилювачів з резистивно-ємнісним зв`язком

Ц е найбільш поширений клас підсилювачів. Їх називають RC-підсилювачами (рис.8.4.). Особливістю таких підсилювачів є наявність виокремлюючих конденсаторів між джерелом ЕІС та першим каскадом, між каскадами, між кінцевим підсилювачем і навантаженням. Такий міжкаскадний зв`язок створює суттєві переваги для забезпечення необхідного режиму активних компонентів за постійним струмом. Кожний каскад в такому режимі розраховується окремо, що дозволяє оптимізувати початковий стан підсилювача. Так, при підсилені гармонічних та біполярних імпульсних сигналів за допомогою подільників напруги R₁ - R₂ та R ₆ - R₇ (зміщення за напругою) забезпечується початковий стан транзисторів VT1 та VT2 на середині лінійної ділянки характеристик (активний режим). Для лінійного підсилення однополярних сигналів без взаємного впливу один каскад налаштовується на режим відсікання, а наступний – в режим насичення, або навпаки в залежності від полярності вхідних сигналів.

В той же час наявність виокремлюючих конденсаторів створює відповідні проблеми для передачі ЕІС з допустимими спотвореннями. Такі конденсатори та вхідний опір каскаду створюють диференціюючу схему, яка обумовлює спад АЧХ аж до нуля в області нижніх частот , а в підсилювачах імпульсних сигналів – спад вершини імпульсів (розд.1.6.5.). При цьому як вхідний опір необхідно розглядати паралельне вмикання за змінним струмом резисторів подільників зміщення та вхідних опорів транзисторів ( r_БЕ1, r_БЕ2 ). Таке ствердження справедливе тому, що через великі ємності конденсаторів фільтра та джерела живлення резистори R1 та R6 за змінним струмом приєднуються до спільної точки ( до землі). Таким чином, RC-підсилювачі з достатньою точністю в області низьких частот можливо моделювати диференціюючою схемою та віднести до них всі висновки щодо частотних спотворень та спаду вершини імпульсів, викладені в розділі 1.10.

Звертаємо увагу також на наступне. З метою зменшення впливу зміни температури на параметри ЕП, широко використовуються елементи термостабілізації. В поданій схемі такими елементами є резистори R4 та R8 , наявність яких створює послідовний внутрішньокаскадний негативний зворотний зв`язок за струмом, а відтак дещо стабілізує положення робочої точки. Температура змінюється повільно, а тому такий зв`язок повинен діяти лише за постійним струмом. Негативний зворотний зв`язок зменшує коефіцієнт підсилення корисного ЕІС. Щоб це виключити вказані резистори шунтують конденсаторами C4 та C5 великої ємності (десятки мкФ) і таким чинок виключають зменшення коефіцієнта передачі в робочому діапазоні частот. Але в області низьких частот, коли опір цих конденсаторів зростає, їх шунтувальна дія падає, що доповнює спад АЧХ, викликаний наявністю виокремлюючих конденсаторів.

8.2.2 Амплітудно-частотна та перехідна характеристики

Викладене вище дозволяє при проектуванні та налаштовуванні ЕП враховувати вплив окреслених компонентів на нижню межову частоту та допустимий спад вершини імпульсів при аналізі в області низьких частот та великих тривалостей. Спотворення імпульсів за різних співвідношень сталої часу диференціюючої схеми та тривалості імпульсів, які подані на рис.1.18 та 1.19 можуть бути використані при аналізі RC-підсилювачів.

Властивості ЕП в області великих частот та малих тривалостей можуть бути проаналізовані шляхом моделювання та дослідження інтегруючої схеми зі сталою часу, ємність якої формується частотними властивостями транзисторів, ємністю навантаження (вхідною ємністю наступного каскаду) та паразитними ємностями. Опір резистора інтегруючої схеми – це вихідні опори попереднього каскаду, за які можна прийняти з невеликими похибками опори резисторів R3 та R9. Таким чином, для аналізу RC-підсилювачів, їх АЧХ та ПХ можна скористатись матеріалом, викладеним в розділі 1.6.5; 1.6.61. Частотні спотворення та тривалість переднього фронту імпульсів в залежності від співвідношення сталої часу та тривалості імпульсів, результуюча АЧХ та відповідна ПХ RC-підсилювача показані на рис.1.19 та 8.5.

Моделювання, аналіз та налаштовування RC-підсилювачів, зазвичай проводять за постійним струмом, в частотній та часовій областях. В розділах 4.6.та 4.12.1.1. графоаналітичним методом виконано розрахунок однокаскадного ЕП за постійним струмом.

Наявність виокремлюючих конденсаторів дозволяє скористатись описаною методикою для визначення номіналів резисторів подільників зміщення кожного каскаду незалежно. При цьому можливо забезпечити необхідний початковий режим транзисторів (насичення, відсічки або активний) в залежності від полярності вхідних ЕІС.

Наступним кроком стає вирішення двох задач з метою оцінка спроможності вказаної схеми підсилювати ЕІС з допустимими спотвореннями: - яким чином можливо досягти передачу ЕІС з заданою смугою частот Δƒ = ƒ_в.гр. – ƒ_н.гр, що встановлюється в процесі проведення досліджень в частотній області; - яку мінімальну та максимальну тривалість імпульсів може підсилювати ЕП з допустимими спотвореннями, що визначається дослідженнями в часовій області. Для вирішення конкретних задач корекції АЧХ та ПХ доцільно скористатись методиками дослідження диференціюючих та інтегруючих схем, описаних в розд.1.6.5 та 1.6.6.

С лід звернути увагу на те, що результати дослідження в частотній та часовій областях пов`язані між собою: - високочастотна область АЧХ - це область малих тривалостей ПХ; – низькочастотна область АЧХ - це область великих тривалостей ПХ (рис.8.5.). Оволодіння цим матеріалом дозволить при проектуванні та налаштуванні RC-підсилювачів професійно приймати рішення з метою досягнення параметрів, сформованих в технічному завдані.