2.2. Расчет усилительного каскада по переменному току.

Эквивалентная схема усилительного каскада на полевом транзисторе по переменному току представлена на рис 2.4

Рис. 2.4

Сопротивление .

1). Основные расчетные соотношения в области средних частот.

В области средних частот внешние емкости С₁, С₂ и С_и будем предполагать бесконечно большими, емкости С_зи, С_зс, С_си – равными нулю. Тогда малосигнальная эквивалентная схема каскада в области средних частот будет иметь вид, показанный на рис.2.5

Рис. 2.5.

Здесь приняты следующие обозначения: r_с – дифференциальное выходное сопротивление полевого транзистора в пологой области характеристики; S – его крутизна.

Определим среднечастотные параметры каскада. Непосредственно из эквивалентной схемы рис.2.5 получаем:

Коэффициент усиления по напряжению

. (2.16)

Входное сопротивление каскада

. (2.17)

Выходное сопротивление

. (2.18)

2) Основные расчетные соотношения в области нижних частот.

Эквивалентная схема усилительного каскада на полевом транзисторе в области нижних частот , в которой существенное влияние оказывают емкости С₁, С₂ и С_и, показана на рис.2.6

рис.2.6

С понижением частоты реактивное сопротивление указанных емкостей увеличивается. При этом емкости С₁ и С₂ препятствуют прохождению сигнала от входа каскада на его выход, уменьшая тем самым коэффициент усиления каскада в области нижних частот. Действие блокирующей емкости С_и иное – в области нижних частот она перестает шунтировать резистор R_и и коэффициент усиления уменьшается за счет действия отрицательной обратной связи.

Как и в случае усилительного каскада на биполярном транзисторе, для количественной оценки уменьшения коэффициента усиления вводится понятие коэффициента частотных искажений М_н, который показывает, во сколько раз коэффициент усиления в области средних частот (К_Е ) больше коэффициента усиления в области нижних частот (К_Ен):

, где (2.19)

Постоянные времени _н1, _н2 и _ни определяются как

; (2.20)

; (2.21)

(2.22)

Нижнюю граничную частоту усилительного каскада определяют как

(2.23)

Для расчета емкостей С₁, С₂ и С_и будем использовать метод с применением весовых коэффициентов, рассмотренный выше:

, где

Тогда, используя вышеприведенные соотношения, получаем

(2.24)

В случае однокаскадного усилителя на полевом транзисторе имеем следующие расчетные соотношения:

где (2.25)

где (2.26)

где (2.27)

3) Основные расчетные соотношения в области верхних частот.

Эквивалентная схема каскада в области верхних частот показана на рис.2.7

рис.2.7

Для дальнейшего анализа преобразуем вышеуказанную схему в более простую. Для этого участок цепи, включающий элементы R_г, Е_г, R_з, заменим эквивалентным генератором напряжения Е_экв и эквивалентным сопротивлением R_экв, используя теорему об эквивалентном генераторе напряжения:

,

Проходную емкость С_зс данной схемы можно пересчитать во входную и выходную цепи усилителя. В самом деле, входной ток через емкость С_зс пропорционален разности потенциалов на ней U₁₂=U_вх-U_вых= U_вх(1-K), где , откуда следует, что С_зс=С_зс(1-K).

Очевидно, что эта же емкость, пересчитанная в выходную цепь, пропорциональна разности потенциалов U₂₁=U_вых-U_вх=U_вых(1-1/K). Отсюда следует, что емкость С_зс, пересчитанная в выходную цепь, С_зс=С_зс(1-1/K).

Полученная в соответствии с этими пересчетами эквивалентная схема представлена на рис.2.8.

рис.2.8

Входная емкость этой схемы

(2.28)

Выходная емкость

(2.29)

Сопротивление нагрузки .

Схема на рис. 5.9 показывает, что усилительный каскад на верхних частотах эквивалентен двум интегрирующим цепям. Постоянная времени первой из них

, второй (2.30)

Комплексный коэффициент передачи усилителя в области верхних частот определяется как

(2.31)

Подставляя сюда:

, (2.32)

получаем

(2.33)

где - коэффициент усиления на средних частотах;

. (2.34)

Модуль этого выражения

. (2.35)

Верхняя частота усилительного каскада по уровню 0,707 определяется как (2.36)

90