3.2 Характеристики усилителей напряжения в области средних звуковых частот

В диапазоне средних звуковых частот влиянием реактивных элементов можно пренебречь, т.к. в нем выполняются два неравенства:

; (3.1)

. (3.2)

В этом случае выходная цепь четырехполюсника будет иметь вид, приведенный на рис. 3.7.

Рисунок 3.7 — Выходная цепь четырехполюсника в области СЧ

Коэффициент передачи в этом диапазоне будет определяться следующим выражением:

.

Исходя из этого, частотные характеристики усилителя будут иметь следующий вид (см. рис. 3.8).

Рисунок 3.8 — Частотные характеристики усилителя напряжения в области СЧ

(а — АЧХ, б — ФЧХ, в — АФЧХ)

3.3 Низкие звуковые частоты

В области низких звуковых частот пренебрегают влиянием суммарной емкости нагрузки С_Н, но учитывают влияние С_Р, т.к. неравенство (3.2) на низкой частоте выполняется с запасом, а (3.1) не выполняется, что требует учета сопротивления разделительного конденсатора С_Р. В этом случае модель выходной цепи четырехполюсника будет иметь вид, приведенный на рис. 3.9.

Рисунок 3.9 — Модель выходной цепи усилителя напряжения в области НЧ

Коэффициент передачи, или коэффициент усиления усилителя в области низких частот , в этом случае будет определяться выражением:

.

Выполнив некоторые преобразования, получим:

.

Для построения АЧХ определим модуль коэффициента передачи в области низких частот:

,

где .

Согласно полученного выражения, с уменьшением частоты растет b и уменьшается модуль . АЧХ будет иметь вид, приведенный на рис. 3.11 а.

Коэффициент частотных искажений в области низких частот (см. рис. 3.11 г) определяется выражением:

,

а его модуль имеет вид:

.

Следовательно, — характеризует степень уменьшения по отношению к К_СР и определяется для самой низкой частоты усиливаемого сигнала. Для многокаскадного усилителя коэффициент частотных искажений и его модель определяются выражениями:

.

Рисунок 3.10 — Частотные характеристики усилителя в области НЧ

(а — АЧХ, б – ФЧХ, в — АФЧХ)

3.4 Работа усилителя в области верхних звуковых частот

В области верхних звуковых частот пренебрегают влиянием С_Р, и учитывают влияние суммарной емкости нагрузки С_Н, так как в данной области частот сопротивление С_Н становится соизмеримо с R_Н и включено параллельно, следовательно им пренебрегать нельзя, а сопротивление С_Р становится пренебрежительно малым и включено последовательно с нагрузкой, следовательно им можно пренебречь. В этом случае выходная цепь усилительного каскада, как четырехполюсника, будет иметь вид, приведенный на рис. 3.12.

Рисунок 3.12 — Модель выходной цепи усилительного каскада в области ВЧ

Коэффициент передачи или коэффициент усиления в области верхних частот , в этом случае будет определяться следующим выражением:

.

После преобразований получим:

.

Для построения АЧХ определим модуль коэффициента передачи:

,

где .

Согласно полученного выражения, с увеличением частоты растет b и уменьшается модуль . В этом случае АЧХ имеет вид, показанный на рис. 3.14(а).

Коэффициент частотных искажений определяется аналогично:

,

а его модуль имеет вид:

.

В области высоких звуковых частот зная С_Н, R_Н, M_В, f_В определяют R_Вых. Такой расчет должен предшествовать расчету по постоянному току и максимальное значение R_Вых, определенное для схем с ОЭ и ОБ, поставит ограничение сверху на выбор резистора R_К по постоянному току.

Рисунок 3.14 — Частотные характеристики усилителя в области ВЧ

(а — АЧХ, б — ФЧХ, в — АФЧХ)

Если граничная частота усиления транзистора, на порядок или хотя бы в 35 раз превышает максимальную частоту входного сигнала усилителя f_В, то влиянием транзистора на частотные характеристики усилителя можно пренебречь. Если же данные частоты соизмеримы, то необходимо учитывать частотные свойства транзистора. Коэффициенты усиления по току для схем с ОБ и ОЭ, с учетом их частотных свойств, имеют вид:

; .

Для схемы с ОБ граничная частота на порядок больше чем у схемы с ОЭ, следовательно, схема с ОБ обладает лучшими частотными характеристиками.

Коэффициенты частотных искажений для транзистора можно определить аналогичным образом:

, .

Общий коэффициент частотных искажений каскада, с учетом частотных свойств транзистора, будет определяться произведением коэффициента частотных искажений каскада и коэффициента частотных искажений транзистора:

.