Усилители с емкостной связью

В транзисторных усилителях, так же, как и в ламповых, наибольшее распространение имеют каскады с емкостной связью.

Рис. 6.3. Принципиальная схема каскада ОЭ с емкостной связью

Типичный каскад такого типа (рис. 6.3) содержит переходные конденсаторы и и блокирующий конденсатор . Емкости этих конденсаторов оказывают влияние на работу каскада в области низших частот и при передаче вершины импульсов. В области высших частот и при передаче фронтов импульсов первостепенное значение имеют временная (или частотная) зависимость коэффициента и коллекторная емкость .

При анализе транзисторных каскадов выделяют область средних частот, в которой можно считать схему состоящей только из активных элементов и не учитывать временных и частотных искажений. Входные сопротивления обычных биполярных транзисторов, как правило, несравненно меньше, чем у ламп, тогда как выходные сопротивления одного порядка с ламповыми, а иногда и больше. В связи с этим транзисторные каскады часто работают не как усилители напряжения, а как усилители тока. Поэтому наряду с коэффициентом усиления напряжения иногда полезно дополнительно анализировать коэффициент усиления тока , хотя они и связаны друг с другом.

Эквивалентная схема каскада в области больших времен, в которой существенное значение имеют емкости и , показана на рис. 6.8. Здесь для простоты не учтено сопротивление , так как указанные емкости выбираются всегда со значительным запасом, который делает нецелесообразным учет тех поправок, которые обусловлены величиной . Как и в ламповой технике, рассмотрим влияние каждой из этих емкостей поочередно, пнеаолагая остальные две емкости бесконечно большими.

Рис. 6.8. Эквивалентная схема каскада в области больших времен (низших частот)

Влияние переходных емкостей

Положим сначала , и выясним роль . Очевидно, что в первый момент после поступления ступенчатого сигнала наличие этой емкости не имеет значения, и входной ток, а значит, и выходные величины, будут такими же, как и в области средних частот. В дальнейшем заряжается и входной ток, а значит, и выходные величины уменьшаются. Получается спад вершины выходного импульса. Для количественного анализа следует, очевидно, добавить к операторное сопротивление .

Полагая теперь и и рассматривая влияние , приходим к выводу, что и в данном случае в первый момент схема работает так же, как и области средних частот. В дальнейшем по мере заряда входной ток не меняется, а ток и напряжение нагрузки уменьшаются. для количественного анализа следует добавить к операторное сопротивление .

В случае транзисторных каскадов получить малый спад часто нелегко, поскольку постоянные времени и можно увеличивать только за счет емкостей. Последние должны иметь очень большие величины, так как сопротивления , , и обычно не превышают нескольких килоом. Как правило, конденсаторы и должны быть электролитическими с емкостями в десятки, а иногда и сотни микрофарад.

Частотные характеристики, обусловленные переходными конденсаторами, получаются из выражения (6.50) заменой оператора на :

. (6.55)

Нижние граничные частоты и определяются как величины, обратные постоянным времени и . Сама частотная характеристика имеет такой же вид, как и в ламповом каскаде.

Влияние блокирующей емкости в цепи эмиттера

Положим и и выясним роль в переходном процессе. В первый момент после поступления входного сигнала наличие несущественно, и начальные значения токов и напряжений такие же, как на средних частотах. По мере заряда конденсатора уменьшается эмиттерный ток; вместе с ним уменьшаются ток базы и выходные величины. В пределе, когда емкость зарядится полностью и ток через нее сделается равным нулю, сопротивление в эмиттерной цепи будет равно вместо начального значения . Очевидно, что ток базы и выходные величины сильно уменьшаются за время переходного процесса, но их конечные значения будут все же отличны от нуля. В этом заключается принципиальная особенность влияния емкости по сравнению с влиянием емкостей и . Постоянная времени переходного процесса равна произведению величины на суммарное шунтирующее ее сопротивление. Последнее представляет собой параллельное соединение внешнего сопротивления и внутреннего выходного сопротивления каскада со стороны эмиттера.

Для количественного анализа можно использовать формулу (6.24), добавив к сопротивлению (входящему в ) операторное сопротивление

,

где . После этого легко привести изображение коэффициента усиления к следующему виду:

. (6.56)