6.2. Характеристики в области низших частот

Эквивалентные схемы каскадов в области низших частот, в которой существенное влияние оказывают емкости С₁, С₂ и С_э (С_н), показаны на рис. 6.7 и рис. 6.8. С понижением частоты реактивное сопротивление указанных емкостей увеличивается. При этом емкости С₁ и С₂ препятствуют прохождению сигнала со входа каскада на его выход, уменьшая тем самым коэффициент усиления каскада в области низших частот. Действие блокирующей емкости несколько иное – в области низших частот она перестает шунтировать резистор R_э (R_н) и коэффициент усиления каскада уменьшается за счет действия отрицательной обратной связи. Для того чтобы количественно оценить уменьшение усиления, вводят понятие коэффициента частотных искажений

(6.5)

который показывает, во сколько раз коэффициент усиления в области средних частот (К_Uсч) больше коэффициента усиления в области низших частот (К_Uнч). Так как в области низших частот коэффициент усиления является комплексной величиной, то под К_Uнч понимают его модуль. Коэффициент частотных искажений выражают в децибелах (дБ):

М_Н = 20lg (К_Uсч/ К_Uнч).

Частотные искажения за счет емкости С₁ можно определить по формуле

М_нс1 = , (6.6)

где τ_н1 = С₁ (R_τ + R_вх).

Частотные искажения за счет емкостей С₂ и С_э определим также по формуле (1.2.2.64), введя величины

τ_н2 = С₂ (R_н + R_к || ) С₂ (R_н + R_к), τ_нэ = С_э R_вых.э = С_э (r_э + ).

Рис. 6.7

Для эквивалентной схемы каскада на полевых транзисторах (рис. 6.6) частотные искажения также будем определять по (6.5), причем τ_н1 = С₁ (R_r + R₃), τ_н2 = С₂ (R_с ||r_c + R_н) С₂ (R_с+ R_н), τ_ни = С_и R_вых.н = С_и/ S.

Рис. 6.8

Фактически каждая постоянная времени представляет собой произведение соответствующей емкости на результирующее сопротивление цепи ее перезаряда. Суммарные искажения на низких частотах подсчитывают с достаточной точностью по формуле

В случае многокаскадного усилителя определяют сумму обратных значений эквивалентных постоянных времени:

(6.7)

Нижнюю граничную частоту i-го каскада ω_нi по уровню 0, 707 оценивают по формуле

(6.8)

Для многокаскадного усилителя

где τ_н определяется по формуле (6.7.).

Если задан общий коэффициент частотных искажений M_н на весь усилитель, то эту величину следует распределить между отдельными искажающими в области низших частот цепями и затем определить необходимые значения емкостей. Например, переходную емкость С₁ можно вычислить по формуле

(6.9)

где ƒ_н - нижняя граничная частота усилителя; М_н1 - доля частотных искажений, приходящаяся на данную емкость, причем

Аналогичные формулы легко получаются и для всех остальных емкостей, приведенных на рис. 6.7 и рис. 6.8.

6.3. Характеристики в области высших частот

Эквивалентные схемы каскадов в области высших частот показаны на рис. 6.9 и 6.10. С повышением частоты уменьшается коэффициент β, увеличиваются шунтирующее действие емкости коллекторного перехода С_к , емкости нагрузки С_н , межэлектродных емкостей С_зи, С_зс и С_си . Все это приводит к уменьшению усиления в области высших частот. Количественно уменьшение коэффициента усиления по сравнению со средними частотами оценивают с помощью коэффициента частотных искажений

М_В = К_Uсч / К_Uвч , (6.10)

где К_Uвч - модуль коэффициента усиления в области высших частот.

Рис. 6.9

Рис. 6.10

Коэффициент частотных искажений в области высших частот для каскада на биполярном транзисторе

(6.11)

где

τ_β - постоянная времени установления коэффициента передачи тока базы, входящая в комплексный параметр β = .

Для каскада на полевых транзисторах (рис. 6.10) частотные искажения также определяются по формуле, где

Верхняя граничная частота i-го каскада ω_вi по уровню 0, 707 оценивается по известной формуле

(6.12)

Для многокаскадного усилителя, построенного из N идентичных каскадов,

(6.13)