1.2 Амплитудная характеристика

В процессе работы усилителя амплитуда входного напряжения варьируется в определенных пределах. Малым входным напряжениям соответствует пропорциональные изменения выходного напряжения.

При больших входных напряжениях пропорциональность нарушается, форма колебаний на выходе отличается от формы колебаний на выходе. Это связано с нелинейностью характеристик транзисторов. Такие искажения входного сигнала получили название нелинейных искажений.

Амплитудной характеристикой называется зависимость при постоянной частоте входного сигнала. С появлением нелинейных искажений пропорциональная связь нарушается, коэффициент усиления уменьшается (рисунок 1). С помощью амплитудной характеристики легко установить максимально возможный динамический диапазон входных напряжений.

Рисунок 1 – Амплитудные характеристики усилителя

1.3 Частотная характеристика усилителя

Наряду с нелинейными искажениями в усилителях различают частотные искажения, обусловленные изменением коэффициента усиления на различных частотах. Причиной является присутствие в схемах реактивных элементов. Зависимость величины реактивного сопротивления от частоты не позволяет получить постоянный коэффициент усиления в широкой полосе частот.

Связь коэффициента усиления с частотой получила название частотной характеристикиусилителя. Она позволяет установить диапазон частот, в котором изменения коэффициента усиления не превышают допустимых (рисунок 2).

Рисунок 2 – Частотные характеристики усилителя

1.4 Фазовая характеристика

Наличие реактивных сопротивлений в схеме приводит также к тому, что выходное напряжение зависит от частоты не только по амплитуде, но и по фазе. Это является причиной фазовых искажений. Зависимость фазового сдвига выходной синусоиды напряжения от входной функции частоты определяет фазовую характеристику усилителя.

Исследование усилителя сводится, как правило, к определению коэффициента усиления и снятию амплитудных, частотных и фазовых характеристик.

1.5 Эквивалентная схема усилительного каскада

В расчетах усилителей, а также при анализе их работы используются эквивалентные схемы. На рисунке 3 представлена эквивалентная схема для переменных составляющих токов и напряжения первого каскада и входных цепей второго каскада. Эквивалентная схема позволяет провести качественный и количественный анализ работы усилителя при изменении параметров элементов схемы и частоты.

Рисунок 3 – Эквивалентная схема усилителя

На низких частотах емкостное сопротивление разделительного конденсатора возрастает, и его влияние на выходное напряжение увеличивается. В то же время влияние малой емкости на низких частотах оказывается несущественным, так как шунтирующее емкостное сопротивление

.

Поэтому в области низких частот эквивалентная схема может быть изображена без емкости (, рисунок 4, а).

В области средних частот емкостное сопротивление

уменьшается настолько, что падением напряжения на нем можно пренебречь. Сопротивление на этих частотах остается достаточно большим, его влияние на частотную характеристику отсутствует. Поэтому в области средних частот эквивалентная схема не содержит реактивных элементов (рисунок 4, б).

Рисунок 4 – Эквивалентная схема усилителя: а – на низких частотах; б – на средних частотах; в – на высоких частотах

В области больших частот величина тем более мала. Сопротивлениеуменьшается и становится соизмеримым с сопротивлениямии. Его влияние на работу усилителя необходимо учитывать (рисунок 4, в).

Известно, что в простейшем усилительном каскаде коэффициент усиления каскада

.

В эквивалентной схеме на средних частотах роль сопротивления выполняюти, соединенные параллельно (рисунок 4, б).

.

Тогда на средних частотах

.

На низких частотах(рисунок 4, а) выходной сигнал снимается только с части делителя, составленного из сопротивленийи. Поэтому выходное напряжение на низких частотах во столько раз меньше выходного напряжения на средних частотах, во сколько раз сопротивлениеменьше полного сопротивления делителя

.

Отсюда, после деления числителя и знаменателя на получим

, .

Из этого выражения следует, что на низких частотах . С увеличениемкоэффициент усиления возрастает (рисунок 2). Расширение полосы пропускания усилителя в сторону низких частот связано с увеличением емкости разделительного конденсатора и сопротивленияв цепи следующего каскада. В области высших частотсопротивление нагрузки первого каскада состоит из трех параллельных сопротивлений,,. Анализ показывает, что выражение для коэффициента усиления на высоких частотах имеет вид

,

где

.

С ростомкоэффициент усиленияпадает. Это означает, что с повышением частоты возрастает шунтирующее влияние , падение напряжения наувеличивается, ауменьшается. Расширение полосы пропускания в области высоких частот возможно путем снижения, .