Исследование резисторного каскада предварительного усиления

Виды усилителей. Каскады предварительного усиления

Усилители получили широкое распространение в областях современной науки. Они используются в радиосвязи, радиолокации, радиовещании, телевидении, звуковом кино, проводной связи, автоматике, телемеханике, геофизической разведке и т.п.

Существует несколько видов усилителей. Усилители гармонических сигналов используются для усиления периодических сигналов, имеющих различные формы и величины, в которых составляющие изменяются медленнее, чем продолжительность устанавливающихся процессов. Усилители импульсных сигналов применяются для усиления непериодических сигналов, таких как непериодическая последовательность электрических импульсов различной формы и величины. По абсолютным значениям и ширине полосы пропускания усилители делятся на:

• усилители постоянного тока, усиливающие электрические колебания частоты, которая находится в пределах от низшей рабочей частоты до высшей;
• усилители низкой частоты, которые применяются для усиления гармонических составляющих принимаемого или не преобразованного сигнала;
• усилители постоянного тока, которые используются для усиления колебаний частоты от низшей до высшей, но при этом они не способны усилить постоянную составляющую;
• усилители высокой частоты, которые предназначены для усиления электрических колебаний несущей частоты, которые принимаются антенной радиоприемного устройства.

Каскады предварительного усиления располагаются между выходным каскадом и источником сигнала. Чтобы работа предварительного сигнала необходимо пользоваться следующими критериями:

1. Высокие качественные показатели - минимальные фазовые и частотные нелинейные искажения, то есть необходимо выбирать такой усилитель, в котором наименьшее количество конденсаторов, дросселей, трансформаторов.
2. Достаточное и необходимое усиление по току и напряжению.
3. Исследование и анализ каскадов предварительного усиления заключается в подборе таких элементов, которые обеспечивают наименьшие фазовые и частотные искажения, а также наибольшее усиление. Для удобства расчетов характеристик и параметров резисторного каскада используют эквивалентные схемы.

Методика исследования резисторного каскада предварительного усиления

Основным каскадом в предварительных каскадах является резисторный каскад, потому что данный каскад содержит минимальное количество реактивных элементов, что способствует обеспечению достаточной величиной коэффициента усиления.

Исследование резисторного предварительного каскада проводится на основе эквивалентной схемы. Считается, что напряжение на входе, также тип транзистора заданы в технических условиях. Самым важным этапом исследования является составление эквивалентной схемы для исследуемого каскада. Для простоты исследования амплитудно-частотные характеристики делятся на три диапазона:

1. Высокие.
2. Низкие.
3. Средние.

Затем по эквивалентной схеме определяется основной показатель - комплексный коэффициент, представляющий собой отношение комплексных значений входного и выходного напряжений:

$К = Uвых / Uвх$

На нижних частотах основное воздействие на амплитудно-частотные характеристики оказывает разделительная емкость. Если частота уменьшается, то емкостное сопротивление увеличивается, что также способствует увеличению снижения напряжения на исследуемом элементе, из-за чего снижается выходное напряжение. На верхних частотах сопротивление уменьшается, увеличивается шунтирующее действие, а также уменьшаются коэффициент усиления и выходное напряжение. Для качественной работы усилителя, необходимо, чтобы его частотная характеристика была максимально близка к идеальной области средних частот. Поэтому реактивные элементы должны быть выбраны так, чтобы проводимость сопротивление были незначительными.

Исследование резисторного каскада предварительного усиления в области средних частот

Схема рассматриваемого усилительного каскада изображена на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема рассматриваемого усилительного каскада. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Полная эквивалентная схема такого каскада будет выглядеть следующим образом.

Рисунок 2. Полная эквивалентная схема каскада. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В области средних частот воздействием абсолютно всех емкостей можно пренебречь, так как сопротивление С1 близко к 0, сопротивление С0 бесконечно. Таким образом, эквивалентная схема для средних частот будет выглядеть, как на рисунке ниже.

Рисунок 3. Эквивалентная схема для средних частот. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Общая проводимость включенных электрических цепей, которые соединены параллельно рассчитывается по формуле:

$ G = 1 / R = 1 / Rн + 1 / Ri + 1 / R1$

Коэффициент усиления на средних частотах можно рассчитать по формуле:

$K = Uвых / Uвх $

$Uвых = SUвх / G = SUвхR$

Откуда

$Ku = S / (1 / Rн + 1Ri + 1 / R1) = SR$

где S - произведение крутизны усилительного элемента.