Розрахунок частотних спотворень транзисторного каскаду підсилення з резистивно-ємнісним зв’язком

Транзисторні каскади підсилення з резистивно-ємнісним зв’язком знаходять широке застосування, оскільки вони прості, економічні, компактні та забезпечують високу температурну стабільність. Коефіцієнт підсилення за напругою і за струмом в області середніх частот залишаються сталими і практично не залежить від частоти. Проаналізуємо частотні спотворення транзисторного каскаду попереднього підсилення в схемі зі спільним емітером, який зображений на рис.4.1.7.

 

 

Рис.4.1.7. Схема каскаду попереднього підсилення

в схемі зі спільним емітером

 

 

В області нижніх частот починають впливати ємності розділювальних конденсаторів С_р1 і С_р2, а також ємність блокуючого конденсатора в колі емітера С_е, спад напруги на якому впливає на значення коефіцієнта підсилення каскаду за напругою. Для змінної складової струму С_р1 і С_р2 відіграють роль послідовних елементів подільника з частотно-залежним опором. Збільшення ж опору С_е із зменшенням частоти викликає збільшення глибини послідовного від’ємного зворотного зв’язку за струмом, який зменшує підсилення, але одночасно збільшує вхідний опір. Якщо враховувати вплив тільки ємності конденсатора С_р2, то модуль коефіцієнта підсилення каскаду за напругою буде дорівнювати

 

 

де К_uн –коефіцієнт підсилення каскаду на нижній частоті;

К_{u 0} – коефіцієнт підсилення каскаду на середній частоті;

ω_н – нижня циклічна частота (ω_н = 2·π·f_н);

– стала часу вихідного кола каскаду;

R_вих – вихідний опір каскаду;

R_н – опір навантаження каскаду.

Коефіцієнт частотних спотворень на нижній частоті, який залежить від ємності конденсатора С_{р 2}

.

 

При заданому відносному значенні коефіцієнта частотних спотворень М_н2 величина ємності конденсатора С_р2 визначається виразом

 

 

Збільшення значення ємності С_{р 2} при заданому М_н2 викликає розширення смуги пропускання підсилювача в бік низьких частот.

Аналогічна дія і вхідного розділювального конденсатора С_{р 1} при умові, що

,

де – вхідний еквівалентний опір каскаду.

Значення ємності вхідного розділюючого конденсатора С_{р 1} при заданому М_{н 1} визначаємо за допомогою виразу

 

Коефіцієнт частотних спотворень на нижній частоті за рахунок впливу ємності конденсатора С_е

 

де – стала часу емітерного кола транзистора

Якщо заданий допустимий коефіцієнт частотних спотворень М_н.е, то значення ємності блокуючого конденсатора С_е в колі емітера буде дорівнювати

 

Результуючий коефіцієнт частотних спотворень на нижній частоті, який враховує вплив ємності конденсаторів С_р1, С_р2 і С_е буде складати

 

або в децибелах

Таким чином, зниження частотних спотворень в області нижніх частот досягається збільшенням сталих часу вхідного, вихідного та емітерного кіл. Оскільки значення опорів, які входять у вирази для сталих часу переважно невеликі, то ємності конденсаторів, які розраховані згідно з розглянути виразів, для заданих значень М_н1, М_н2 і М_н.е, досягають десятків і навіть сотень мікрофарад.

За границями області середніх частот зменшення підсилення зумовлено зменшенням модуля коефіцієнта підсилення за струмом β, а також за рахунок збільшення шунтуючого впливу ємності С_к.е, яка ввімкнена паралельно навантаженню.

Коефіцієнт частотних спотворень на верхній частоті за рахунок зміни коефіцієнта підсилення в схемі з спільним емітером β буде складати

 

 

де β ₀ − статичний коефіцієнт підсилення транзистора за струмом для схеми зі спільним емітером;

ω_в – верхня циклічна частота (ω_в = 2·π·f_в);

ω_β – циклічна гранична частота транзистора в схемі зі спільним емітером
(ω_β = 2·π·f_β);

− стала часу, яка практично збігається з середнім часом життя неосновних носіїв у базі.

Коефіцієнт частотних спотворень на верхній частоті, за рахунок ємності С_к. буде дорівнювати

де – стала часу розряду конденсатора С_к

 

 

Результуюче значення коефіцієнта частотних спотворень на верхній частоті буде дорівнювати

або в децибелах