И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

Нижняя граничная частота зависит от постоянных времени цепи эмиттера и цепи связи. Постоянной времени (поскольку она имеет размерность «секунда») называется произведение сопротивления резистора и емкости конденсатора. Влияние постоянной времени R эC э сказывается в росте сопротивления в цепи эмиттера при уменьшении частоты. При этом возникает отрицательная обратная связь, приводящая к снижению коэффициента усиления. Если емкость конденсатора С эвелика (около 100 мкФ), то нижняя граничная частота зависит главным образом от постоянной времени цепи связи.

Цепь, на которую нагружен усилитель в диапазоне низких частот, представлена на рис. 7.9.

Рис. 7.9. Нагрузка RС-усилителя в диапазоне низких частот

Из-за малого входного сопротивления последующего транзисторного каскада R вхпри рассмотрении цепи связи следует принимать во внимание также сопротивление R к. Одновременно с уменьшением частоты возрастает сопротивление ветви, состоящей из последовательно соединенных конденсатора С с2и резистора R вх, и большая часть тока начинает протекать через сопротивление коллектора R к. На основе такой же векторной диаграммы, как для диапазона высоких частот, можно показать, что нижняя граничная частота, при которой усиление снижается на 3 дБ, выражается формулой

Из анализа этой формулы следует, что при заданных сопротивлениях R к и R вхнижнюю граничную частоту можно уменьшать лишь путем увеличения емкости связи С с2. На практике емкость связи С с2 составляет обычно несколько десятков микрофарад.

Усиление резистивного усилителя с емкостной связью в диапазоне низких частот можно рассчитать по следующей формуле:

где К u— коэффициент усиления усилителя в диапазоне средних частот; f— частота, для которой рассчитывается усиление.

Видно, что при f= f н К' u= 0,707· К u. Конденсатор связи С с2 вносит в схему некоторый фазовый сдвиг между выходным и входным напряжениями. Этот сдвиг увеличивается, если частота снижается, и при частоте f нсоставляет 225°, т. е. на 45° больше, чем сдвиг в диапазоне средних частот.

Наиболее простые схемы такого усилителя на триодах и пентодах показаны на рис. 7.10.

Рис. 7.10. Триодный ( а) и пентодный ( б) резистивные усилители с емкостной связью

Напряжение питания около 200 В подводится между точками, обозначенными Е а, и массой схемы. Анодный ток протекает через лампы, а также резисторы R ки R а. Падение напряжения на резисторах R кобеспечивает соответствующие отрицательные сеточные напряжения, т. е. задает рабочие точки на сеточных характеристиках. Конденсаторы С к, включенные параллельно резисторам R к, имеют малое сопротивление для переменных напряжений, благодаря чему сеточные напряжения остаются постоянными. Резисторы R c— это сопротивления утечки. Они образуют цепь, по которой электроны, перехваченные управляющей сеткой лампы, могут быть отведены на катод. При отсутствии такого пути утечки накопленные на сетке электроны вызвали бы возникновение на сетке отрицательного напряжения, существенно нарушающего работу усилителя. Обычно сопротивление резистора R cне превышает 1 МОм.

В случае усилителя на пентоде для обеспечения правильной работы лампы необходимо соединить третью сетку лампы с катодом или массой, я также вторую сетку (экранную) — с источником напряжения питания Е а. Если требуемое напряжение питания второй сетки меньше, чем напряжение Е а, то ее соединяют с источником напряжения Е ачерез гасящий резистор R э. Экранная сетка в пентоде действует аналогично аноду, поэтому при работе лампы в качестве усилителя напряжение между экранной сеткой и массой изменяется.

Чтобы воспрепятствовать этим нежелательным изменениям, между экранной сеткой и массой включают конденсатор большой емкости. Он представляет собой короткое замыкание для переменных токов, и благодаря этому потенциал экранной сетки поддерживается на постоянном уровне.

Если на вход схемы подать переменное напряжение, то оно наложится на постоянное сеточное напряжение и вызовет изменение потенциала между сеткой и катодом. В результате изменений этого потенциала изменятся анодный ток и падение напряжения на нагрузочном сопротивлении R a. Следует добавить, что выходное напряжение имеет полярность обратную полярности выходного, что для импульсных сигналов означает инверсию (поворот) фазы на 180°. Незначительное изменение напряжения в цепи сетки может вызвать изменение анодного тока на несколько миллиампер. При большом сопротивлении резистора R aна нем возникает падение напряжения, во много раз превышающее входное напряжение. Поэтому схема работает как усилитель напряжения.

Коэффициент усиления схемы в диапазоне средних частот выражается следующей формулой:

К u= — S· R a,экв

где S— крутизна сеточной характеристики лампы; R a,экв— сопротивление нагрузки лампы.

В пентодном усилителе из-за большого внутреннего сопротивления R iпентода нагрузка представляет собой параллельное сопротивление резисторов R aи R C2; в триодном усилителе необходимо еще учитывать включенное параллельное сопротивление R i.

Конденсаторы С с1и С с2являются конденсаторами связи, которые выполняют те же задачи, что и конденсаторы связи в транзисторном усилителе. Однако емкости конденсаторов из-за высокого сопротивления сеточной цепи значительно меньше и не превышают обычно 0,5 мкФ. Конденсаторы связи, блокирующие катодные резисторы, оказывают влияние на ход кривой усиления в диапазоне низких частот, тогда как входные и выходные емкости ламп, а также емкости соединительных проводников ограничивают полосу усилителя со стороны высоких частот.