Широкополосный усилитель переменного напряжения

Рассмотрим схему широкополосного усилителя на сопротивлениях на рис. 6.15, который может усиливать сигнал в заданной полосе частот от   f_Н и   f_В.

 

Рис. 6.15.

Схема усилителя переменного напряжения.

 

 

Сопротивление R _g и ёмкость C _g  образуют цепь автоматического смещения, задача которой – задать постоянное напряжение на затворе.

Переходная ёмкость  C_П включается только для того, чтобы отсечь постоянную составляющую на выходе. На рабочих частотах усилителя её импеданс обычно выбирают много меньше сопротивления нагрузки. Выходное сопротивление генератора R_ГЕН обычно очень мало, и его можно не учитывать.

Нетрудно установить, что усилитель может описываться схемой с эквивалентным источником напряжения, изображённым на рис. 6.16. Удобство такой эквивалентной схемы состоит в том, что формально входная и выходная цепочки разнесены, и они могут рассчитываться отдельно. На эквивалентной схеме мы опустили сопротивление   R_ЗИ, полагая, что оно значительно превосходит   R_З.

 

Рис. 6.16.

Эквивалентная схема усилителя с эквивалентным источником напряжения. Минус перед μ U _ab означает только тот факт, что выходное напряжение противофазно входному.

 

        Входная цепь                       Выходная цепь

Ёмкость C₁  во входной цепи позволяет не пропускать на вход усилителя частоты ниже f_Н, поскольку эта ёмкость вместе с сопротивлением R _BX работает как делитель напряжения. Ёмкостью C _BX    пока пренебрегаем.

R _BX = R_З· R_ЗИ / (R_З + R_ЗИ). R_ЗИ  обычно много больше   R_З.

Таким образом, меняя C₁ (или R_З), можно изменять нижнюю граничную частоту   f_H. Манипулируя же частотными зависимостями импедансов в выходной цепи, можно дополнительно управлять частотной зависимостью коэффициента усиления на высоких частотах. Более подробный расчёт транзисторных схем сильно ограничен значительным разбросом параметров транзисторов.

Показанные пунктиром на схеме рис. 6.15 C _BX и  C_ВЫХ являются паразитными ёмкостями, которые зависят от конструкции транзистора и геометрии монтажа – обычно их стараются сделать как можно меньше. Очевидно, что C _BX шунтирует входное сопротивление на частотах выше    , что обычно нежелательно.

Аналогично C_ВЫХ  шунтирует сопротивление  на частотах выше                    ,

где  . В результате наличие этих паразитных ёмкостей ограничивает сверху полосу работы усилителя. С другой стороны, не всегда нужна широкая полоса усилителя, и её можно ограничить, добавляя дополнительную ёмкость, включённую параллельно C_ВЫХ. Иногда усилитель работает на ёмкостную нагрузку. Это тоже можно учесть в нашей схеме.

Для того, чтобы получить усилитель с заданными граничными частотами    f_H и f_В на уровне 0.7 надо выбрать ёмкости и сопротивления следующим образом:

                                                                          (6.13)

 

Для других значений неравномерности можно вспомнить формулы (6.4) и (6.5):

 

 

Резонансный усилитель

 

Рассмотрим опять схему усилителя на рис. 6.14 и положим, что Z >> Z_Н, а импеданс Z_Н образован резонансным контуром, как показано на рис. 6.17. Тогда, используя (6.9 и 6.11), получим, что коэффициент усиления равен:

                                                                            (6.14)

где для простоты принято, что сопротивление контура Z_H достаточно малό: Z_H << R_СИ . Мы видим, что зависимость коэффициента усиления практически повторяет зависимость импеданса контура.

 

 

Рис. 6.17.

Резонансный усилитель.

Замена сопротивления R_Н на резонансный контур с импедансом Z_H приводит к резонансной зависимости коэффициента усиления.

 

 

Таким образом, получился резонансный усилитель. Меняя параметры контура, можно варьировать среднюю частоту и ширину полосы коэффициента усиления.

Заметим, что резонансный контур можно включать не только в цепь стока, но и в цепь затвора. Во всех этих случаях можно получить резонансную зависимость коэффициента усиления.