4.1. Резистивные усилители

Резистивными усилителями называются устройства, состоящие кроме активных элементов (ламп, транзисторов), только из резисторов и конденсаторов. Эти усилители используются в диапазоне частот от сотен килогерц до десятков мегагерц. Принципиальная схема такого усилителя на биполярном (а) и полевом (б) транзисторах приведена на рис .4.1.1.

Назначение элементов

- - сопротивление нагрузки, с которого снимается усиленный выходной сигнал;

- - фильтрующий конденсатор, предназначенный для шунтирования источника питания по переменной составляющей коллекторного (стокового) тока;

- - разделительный конденсатор, предназначенный для того, чтобы большое коллекторное (стоковое) напряжение не попадало на базу (затвор) транзистора следующего каскада;

- и - делитель напряжения источника коллекторного питания, определяющий рабочую точку на входной характеристике транзистора (иногда может отсутствовать, а его роль играют сопротивления и );

- - эмиттерное сопротивление, обеспечивающее температурную компенсацию коллекторного тока;

- - истоковое сопротивление, обеспечивающее автоматическое смещение рабочей точки на входной характеристике транзистора;

- ( ) – конденсатор, предназначенный для шунтирования сопротивления ( ) по переменной составляющей эмиттерного (истокового) тока;

- - сопротивление утечки, предназначенное для стекания паразитных зарядов, образующихся на затворе;

- ( ) – емкость коллектор – эмиттер (сток - исток) биполярного (полевого) транзистора;

- ( ) – емкость база – эмиттер (затвор - исток) биполярного (полевого) транзистора;

- - емкость монтажа (на схемах не указана).

Анализ работы усилителя рассмотрим на примере усилительного каскада на полевом транзисторе. Для упрощения анализа сделаем следующие допущения:

• емкости конденсаторов и настолько велики, что их сопротивлениями для переменного тока можно пренебречь и считать, что переменное напряжение на истоке полевого транзистора и переменный потенциал на равны нулю;

• амплитуда входного сигнала настолько мала, что рабочая точка входной характеристики полевого транзистора всегда находится на линейном участке.

Построим эквивалентную схему усилительного каскада на полевом транзисторе. Заменим транзистор источником напряжения μŮвх с внутренним сопротивлением , где μ – статический коэффициент усиления транзистора по напряжению. Тогда эквивалентная схема с учетом сделанных допущений примет вид, изображенный на рис.4.1.2.

Проведем анализ работы усилителя отдельно в области нижних, средних и высоких частот.

Работа усилителя в области нижних частот.

В области нижних частот можно пренебречь проводимостью по сравнению с проводимостью . Тогда эквивалентная схема усилителя примет вид, приведенный на рис.4.1.3.

Найдем комплексную передаточную функцию полученной схемы, воспользовавшись методом контурных токов.

Составим контурные уравнения:

;

; (4.1.1)

.

Решая эту систему уравнений, получим

, (4.1.2)

Откуда получим комплексную передаточную характеристику

. (4.1.3)

Амплитудно-частотная характеристика усилительного каскада в области нижних частот примет вид

. (4.1.4)

При ,

а при ,

. (4.1.5)

Зависимость в области нижних частот приведена на рис. 4.1.5 (область I).

Работа усилителя в области верхних частот.

В области верхних частот можно пренебречь сопротивлением по сравнению с сопротивлением . Тогда эквивалентная схема усилителя примет вид, приведенный на рис.4.1.4.

Найдем комплексную передаточную функцию полученной схемы, воспользовавшись методом контурных токов, которая будет определяться в виде:

, (4.1.6)

где . (4.1.7)

Подставляя (4.1.7) в (4.1.6), после несложных алгебраических преобразований, получаем комплексную передаточную характеристику усилителя в области высоких частот в виде:

, (4.1.8)

его амплитудно-частотная характеристика

. (4.1.9)

При ,

а при ,

. (4.1.10)

Зависимость в области верхних частот приведена на рис. 4.1.5 (область III).

Работа усилителя в области средних частот.

В области средних частот можно пренебречь проводимостью по сравнению с проводимостью и сопротивлением конденсатора по сравнению с сопротивлением резистора . Тогда эквивалентная схема усилителя примет вид, приведены на рис.4.1.6.

Найдем комплексную передаточную функцию полученной схемы, воспользовавшись методом контурных токов, которая будет определяться в виде:

, (4.1.11)

где . (4.1.12)

Подставляя (4.1.12) в (4.1.11), после несложных алгебраических преобразований, получаем комплексную передаточную характеристику усилителя в области средних частот в виде:

, (4.1.13)

т.е. в области средних частот постоянна и не зависит от частоты, а к соотношению (4.1.13) слева стремится - соотношение (4.1.4), а справа – - соотношение (4.1.9).

Зависимость в области средних частот приведена на рис. 4.1.5 (область II).