УСИЛИТЕЛЬ
НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
КАЗАНЬ - 1982
КАЗАНСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО
КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ В.ИУЛЬЯНОВА-ЛЕНИНА
Кафедра радиофизики
УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
Методическая разработка
к лабораторной работе
для студентов Ш курса
КАЗАНЬ - 1982
Печатается по решению Учебно-методической комиссии
физического факультета
Составитель - В.В.Панковец
§ I. Определение .усилителя. Основные характеристики
.усилителя
Усилитель электрических сигналов является одним из самых
распространенных узлов радиоэлектронной аппаратуры. Усилителем
называется такое устройство, которое усиливает мощность элек -
трических колебаний без искажения формы этих колебаний.
В самом общем виде усилитель можно представить как четы -
рехполюсник, т.е. устройство, у которого есть две входные и
две выходные клеммы (рис. I.I). На входные клеммы поступает
входной сигнал, который необходимо усилить; с выходных клемм
снимается выходной сигнал, совпадающий по форме с входным сиг-
налом, но имеющий большую мощность.
С учетом входной и выходной цепей блок-схему усилителя мо-
жно представить так, как показано на рис. 1.2. Здесь источник
входного сигнала представлен в виде генератора напряжения,име-
ющего э.д.с. Ес и внутреннее сопротивление 4г . Этот гене-
ратор развивает на входе усилителя мощность Q . Усиленный
сигнал на выходе усилителя выделяется на сопротивлении ,
Рис.1.1
Рис.1.2
- 3 -
'которое называется нагрузкой усилителя. Мощность сигнала на на-
грузке всегда больше Р< . Очевидно, это условие может
выполняться только в том случае, если в составе усилителя име-
ется источник энергии (обычно источник постоянного тока). Роль
входного сигнала сводится к управлению поступлением энергии от
этого источника к нагрузке Рм .
Это управление, как правило, должно происходить достаточ-
но быстро посредством входящего в состав усилителя малоинерци-
онного управляемого элемента. Тип используемого управляемого
элемента определяет тип усилителя. В качестве управляемого эле-
мента используется электронная лампа, транзистор, магнит и дру-
гие элементы.
Мощность Р-f может быть очень малой (и даже равной ну -
лю), так как полезная мощность Pz получается за счет мощнос-
ти источника постоянного тока. Последний чаще называют источ -
ником питания.
Коэффициент	л
(I.D
называется коэффициентом усиления мощности. Если мощность, от-
даваемая источником питания, равна Ро , то величина
?=#	«-2)
'о
называется к.п.д. усилителя.
В общем случае управляемый элемент усилителя является не-
линейным элементом,' но при достаточно малых входных сигналах
его можно считать линейным, а усилитель в целом является ли-
нейным четырехполюсником. Известно, что при анализе гармони -
ческих сигналов в линейных цепях можно использовать символичес-
кий метод, т.е. вместо гармонических функций времени записи -
вать их комплексные символы.
Пусть, например, задан синусоидальный сигнал
тогда ему соответствует комплексный символ ~ С t
- 4 -
называемый комплексной амплитудой. На основании этого и пола-
гая сигнал, подводимый к усилителю, гармоническим,можно напи-
сать выражение для комплексного коэффициента усиления напря -
жения усилителя:
(1.3)
где - угловая частота гармонического сигнала, а # и -
комплексные амплитуды входного и выходного сигналов усилителя.
Модуль величины	называется коэффициентом усиле -
ния напряжения:
AW- «л«л)
Аналогично вводится понятие о комплексном коэффициенте усиле-
ния тска
5^=-?	<г-5)
cZ
и о коэффициенте усиления тока
(1.6)
Важным параметром любого усилителя является его входное
сопротивление
(1.7)
причем часто при анализе усилителей входное сопротивление по-
лагают чисто активным и обозначают . Входное сопротив-
ление усилителя определяет ту часть напряжения источника Ес ,
- 5 -
которая пост.упает непосредственно на вход .усилителя. На рис.
1.3 представлена эквивалентная схема входа усилителя,на осно -
вании которой легко записать соотношение
/Z = А -
Это соотношение показывает, что только при
(1.8)
(1.9)
напряжение на входе усилителя Z/j совпадает с напряжением
сигнала . В общем случае эти напряжения не совпадают и
чтобы отразить это различие в теории усилителей вводят еще
один коэффициент
Л'
** Ес	d.IO)
который называется сквозным коэффициентом усиления.
В технике усилители принято условно разделять на усилители
напряжения и усилители мощности. В усилителях напряжения ста-
вится задача подучения наибольшего выходного напряжения при
заданном входном напряжении, т.е. достижения возможно большего
коэффициента усиления напряжения. Если же назначением усили -
тельного устройства является получение в нагрузке заданной мо-
щности, его называют усилителем мощности: здесь становится вто-
ростепенным вопрос о коэффициенте усиления напряжения.
Связь между усилителем и источником сигнала, между усили -
телем и нагрузкой осуществляется разными способами.Если связь
осуществляется при помощи конденсаторов и сопротивления ( КС -
связь), то такой усилительный каскад называется КС усилителем
Поскольку конденсатор не пропускает постоянный ток, то ВС уси-
литель усиливает только переменные сигналы.
Мы будем в дальнейшем рассматривать транзисторный ВС уси-
литель, и наше внимание прежде всего будет привлекать коэффици-
ент усиления напряжения. Зависимость этого коэффициента (1.3)
от частоты называется частотной характеристикой усилителя,при-
чем зависимость модуля этого коэффициента от частоты на-
зывается амплитудно-частотной характеристикой, а зависимость
фазы этого коэффициента от частоты - фазо-частотной характерис-
тикой.
На практике интерес обычно представляет амплитудно-частот-
ная характеристика. Если известен график этой характеристики ,
то по нему легко определить такой важный параметр усилителя ,
как полоса пропускания. На рис. 1.5 представлен один из типич-
ных графиков амплитудно-частотной характеристики. На уровне
~ 0,707 от максимального значения (обозначим /по*
к/ги ) через ) проводим прямую, параллельную оси частот;
абсциссы точек пересечения этой прямой с кривой	дают
две частоты и , между которыми и заключена та об-
ласть частот, которая называется полосой пропускания усилителя.
Частоты и называются соответственно нижней и верхней
граничными частотами усилителя.
Амплитудно-частотная характеристика усилителя показывает
неравномерность усиления на разных частотах. Эту неравномер -
ность принято называть частотными искажениями. Количественно
частотные искажения определяются коэффициентом частотных иска-
жений
Рис.1.5
Рис.1.6
- 7 -

(I.II)
Частотные искажения обязаны наличию реактивных сопротивлений
в схеме .усилителя и зависимости от частоты некоторых пара-
метров самого транзистора. Частотные искажения еще называют
линейными искажениями.
• В .усилителях существует и другой тип искажений - нелиней-
ные искажения, которые проявляются в том, что при усилении
сигнала синусоидальной формы выходной сигнал не является си-
нусоидальным. В выходном сигнале помимо основной гармоники,
имеющей частоту входного сигнала, появляется ряд высших гар-
моник. У сигнала сложной формы (не синусоидальной) изменяется
спектральный состав - увеличивается число спектральных состав-
ляющих. Нелинейные искажения возникают вследствие наличия в
усилителе элементов с нелинейными вольт-амперными характерис-
тиками. В транзисторных усилителях таким элементом является
транзистор.
Приблизительная оценка нелинейных искажений может быть
получена по амплитудной характеристике усилителя, которая
представляет зависимость амплитуды выходного сигнала от ам -
плит.уды входного гармонического сигнала (рис.1.6). Амплитуд -
ная характеристика позволяет приблизительно оценить границы
линейности усиления (участок О ).
§ 2. Принципы работы транзисторного усилителя
Транзистор в электрических схемах принято рисовать так,как
это показано на рис. 2.1. Здесь контакты,обозначенные буквами
К Б,Э,К, называются соответственно,ба-
Jf Jx зой, эмиттером и коллектором.На рис.
2.1 изображен р-п-р транзистор. В
Б 0—rL J
хгхУ	дальнейшем для определенности во
If	всех схемах будет употребляться
Э . р-п-р транзистор.Для транзисторов
Рис.2.1	справедливо следующее простое, но
- 8 -
важное равенство:
(2.1)
В транзисторах, используемых в .усилителях, переход змиттер-ба-
за включен в прямом направлении (плюс на эмиттере, минус на ба-
зе), а переход база-коллектор-в обратном направлении.
На рис.2.2а представлено семейство вольт-амперных характе-
ристик перехода эмиттер-база при разных значениях напряжения
Z/xJ*. Поскольку изменение напряжения слабо влияет на
расположение этих характеристик, мы в дальнейшем будем это се-
мейство представлять одной кривой (рис. 2.26).
Рис. 2.2
На рис.2.3 представлено семейство вольт-амперных характе -
ристик коллекторного перехода, параметром которого является«X.
Особенностью характеристик являются малые изменения коллектор-
ного тока при изменениях Z/W'b широких пределах, т.е.мффе -
ренциальное сопротивление коллекторного перехода ~
имеет большую величину (единицы Мом). В этих пределах пялипипя
тока аХе пропорциональна СХ» и справедливо соотношение:
= 06^-^
(2.2)
Здесь коэффициент оС называется коэффициентом передачи эмит -
терного тока. Поскольку коллекторный ток есть часть эмиттерно-
го, то о(</ .На основании формул (2.1) и (2.2) можно запи -
сать: .
оХг + &*О) (2.3)
- 9 -
где величина
(2.4)
называется коэффициентом передачи базового тока. Если, напри -
мер, сС = 0,9В, то = 49, а вообще может достигать
величин порядка 100 + 200. Из формулы (2.5) можно получить об-
ратное соотношение:
Поскольку коллекторный ток мало меняется при изменении в
широких пределах ^kS' , постольку в цепь коллектора можно
включить сравнительно большое сопротивление - изменение падения
напряжения на нем при изменениях величины тока мало ска-
зывается на режиме работы транзистора. Тогда даже при
мощность сигнала в выходной цепи может превосходить мощность
сигнала, расходуемую для управления величиной тока, протекаю -
щего через переход эмиттер-база, т.е. будет иметь место усиле-
ние мощности сигнала.
На рис. 2.4 представлена схема, в которой при определен -
ных условиях может происходить усиление. Усиливаемым сигналом
является переменное напряжение Ес .
В § I мы писали, что в состав усилителя должен входить
источник постоянного напряжения, часть мощности которого пре-
обраауется в мощность переменного сигнала на нагрузке усилите-
ля. В схеме 2.4 таким источником является ,а сопротивле -
Рис.2.4
Рис.2.3
- 10 -
наем нагрузки служит сопротивление в цепи коллектора &к. .Со -*
противление есть суша внутренних сопротивлений источни-
ков Ее и .
Следует обратить особое внимание на то, что в схеме 2.4
имеются источник переменного напряжения Ес и источник посто-
янного напряжения £3 и Е* . Поэтому в схеме имеются как
постоянные, так и переменные токи, причем при анализе КС-уси -
лителя нас в конечном счете будет интересовать поведение пере-*
менных составляющих, хотя, как мы увидим позже, для обеспече -
ния требуемых характеристик усилителя необходимо правильно на-
брать величины постоянных напряжений и токов.
В цепи эмиттера протекает постоянная составляющая эмиттер-
ного тока (рис.2.5) .создаваемая источником Ее. 27?£₽сть на-
пряжение на переходе эмиттер-база, создаваемое током . Это
напряжение называют напряжением смещения, а источник Ел - ис-
точником напряжения смещения. Иначе говорят, что источник
задает на входной характеристике транзистора рабочую точку О
с координатами , Уэо . Назначение источника Ес в том,что-
бы обеспечить: I) прямое включение эмиттерного перехода,2) ра-
боту переменного сигнала на линейном участке вольт-амперной
характеристики эмиттерного перехода. Кроме того, в цепи эмит-
'тера протекает переменная составляющая 4^ (рис.2.5) .создава-
емая напряжением сигнала . Ток создает на эмиттер -
ном переходе падение напряжения • Ясно, что общий ток
эмиттерной цепи . Если .участок характеристики
Z4W7, в пределах которого меняется сигнал 1/э&. .линеен ,
то пропорционален Ес. . Согласно формуле (2.2)
•	се*, + of + 2Г?=
т.е. коллекторный ток тоже имеет постоянную и переменную оос -
тавляющую. Последняя создает на сопрртивлении падение на-
пряжения	Отношение	.согласно (1.3) .есть
коэффициент усиления по напряжению, а отношение	есть
сквозной коэффициент усиления*
В схеме 2.4 базовый вывод является общим для выходной и
входной цепей (он обычно заземлен), поэтому такой усилитель на-
зывается усилителем с общей базой. Заметим, что в такой схеме
нельзя получить усиление по току, так как входным током этой
схемы являетоя 3» , а выходным , который всегда меньше
0^ . На рис. 2.6 показана схема усилите ля с общим эмиттером,
которая-получила наибольшее распространение, поскольку в этой
схеме можно получить как большое усиление по напряжению, так и
по току. Последнее объясняется тем, что входной ток этой схемы
в ->9 раз меньше выходного тока У к (см.(2.3)). В даль-
нейшем мы проведем подробный анализ работы именно этой схемы.
Рис.2.7
Рис.2.6:
- 12 -
Схема 2.6 на практике не испольауется вследствие следую-
щих недостатков. Во-первых, здесь в качестве источник смещения
использован источник £& ; а в практических схемах избегают
протекания тока источника €& через источник переменного
сигнала . Кроме того, недостатком схемы 2.6 является ис-
пользование двух источников питания ( ES" и	В практи-
ческих схемах обходятся одним источником /£> .
На рис.2.7 приведена схема, в которой .устранены эти недо-
статки. Напряжение смещения на базе транзистора в этой
схеме задается источником Ен и сопротивлениями и
по формуле:
К А- =	(2*.6)
Конденсатор не позволяет току источника протекать
через источник Ес • Емкость этого конденсатора выбирается
достаточно большой, чтобы практически весь сигнал Ес был при-
ложен к базе транзистора. Из схемы 2.7 легко увидеть простое ,
но важное соотношение:
£# ~ У* +У*
Дифференцируя (2.7), получим:
72 =
или
(2.8)
d - — R# d~ — d if
Соотношение (2.8) говорит о том, что изменения переменной сос-
тавляющей напряжения на коллекторе транзистора и на сопротив -
лении хотя и противоположна по знаку, но одинаковы по
абсолютной величине. Поэтому с точностью до знака безразлично",
какое из этих напряжений использовать в качестве выходного .
Обычно в качестве выходного используют поскольку одна из
- 13 -
точек, i№&ja которыми снимается это напряжение, заземлена,что
удобнее в технических приложениях.
§ 3.	Рабочая точка усилителя
Анализ работы транзисторного .усилителя обычно проводится
двумя способами - графическим и аналитическим. Графический ме-
тод используется для выбора начального режима работы транзис -
тора и анализа работы усилителя при больших сигналах. Аналити-
ческий метод используется для ^исследования работы усилителя
при малых сигналах.
Покажем как графически выбирается начальный режим работы
(рабочая точка) транзистора. В этом случае свойства транзисто-
ра задаются двумя семействами его характеристик: входными и
выходными. Па рис.3.1 показаны два таких семейства для транзиг-
стора, включенного по схеме с общим эмиттером. Семейство вход-
Рис. 3.1
- 14 -
них характеристик представлено одной кривой (рис.3.16),посколь-
ку также, как и в случае, показанном на рис.2.2«Г, слабо
зависит от	. Семейство выходных характеристик представле-
но зависимостью Ум (	) (рис.3.1а). Параметром этого се-
мейства является У S' . В системе координат этого семейства
проведена прямая линия, называемая нагрузочной. Уравнение этой
линии описывается соотношением (2.7). Пересечение этой линии с
одной из кривых семейства коллекторных характеристик задает
начальную рабочую точку транзистора (точка 0 на рис.3.1а) .Для
определения нужной кривой семейства необходимо знать ток базы
в рабочей точке У$о . Для этого на входной ' характеристике
(рис.3.Id) находится линейный участок /па,середи-
на которого (точка 0*) определяет ток У$а .
Координаты точек 0* и 0" (ZZ£m,3To,	) задают на-
чальные токи и напряжения транзистора'. Это постоянные токи и
напряжения, так как они имеют место до прихода переменного си-
гнала.
Пусть на вход усилителя (рис.2.7) поступает сигнал Ес .
Теперь на переходе база-эмиттер действует не только постоянное,
но и переменное напряжение	, которое составляет часть
сигнала Ес. . Напряжение ZZ#. можно найти, состав ив эквива -
лентную по переменному току схему входа усилителя. Для этого
учтем, что емкость 6V выбирается большой, чтобы сопротивле-
ние конденсатора С, бнло пренебрежимо мало. Кроме того, уч-
тем, что источник Ем всегда зашунтирован по переменной сос-
тавляющей блокировочным конденсатором С& . Этот конденсатор
показан пунктиром на рис.2.7, так как его не принято рисовать
на схемах, хотя егс присутствие всегда подразумевается. Сопро-
тивление его для переменных токов тоже считается пренебрежимо
малым, поэтому верхний конец сопротивления по переменной
составляющей тока оказывается замкнутым на эемлю.Учитывая это,
эквивалентную схему входа усилителя изображаем так,как показа-
но на рис.3.2.
Из этой схемы легко опре-	।—I	1—0-j---------•---0
делить:	I	П П П
L________Ч V о
Рис.3.2
- 15 -
где знак ft означает параллельное соединение. Если
как иногда бывает в практических схемах, то
Г	(3.2)
с Ъ + Ы
Из рис.3.16 и 3.1в видно, что размеры линейного .участка
лт должны быть равны или больше двойной амплитуды сигнала
иначе нарушается линейная зависимость междуИ&Л ,
что в конечном счете приводит к искажению выходного сигнала
усилителя. Такой вид искажений называется нелинейным.
На рис.3.1а имеются две точки К и С ,которые отмечают
соответственно верхнюю и нижнюю границы активного режима тран-
зистора. В точке Н ток принимает максимально возможное
при данной нагрузочной прямой значение У мн . Если увеличивать
ток базы сверх’ , то это не вызывает увеличения ,то
есть ток «%! переотает следить за изменениями «Хг .В этом
случае говорят, что транзистор находится в состоянии насыще -
ния.
В точке С ток У* имеет минимально возможное эначе -
ние У* и дальнейшее увеличение запирающего напряжения
(запирание наступает уже при	) не приводит к изме -
нению этого тока. В этом случае говорят, что транзистор нахо-
дится в состоянии отсечки.
Поэтому амплитуда напряжения Ufa* (вместе с ним и Ес )
не должна быть слишком большой, даже если напряжение
находится в пределах линейного участка входной характеристи -
ки, из-за опасности либо насыщения, либо отсечки транзистора.
И то и другое ведет к нелинейным искажениям.
§ 4.	Стабилизация рабочей точки усилителя
Существенное отличие транзисторов от электронннх ламп
состоит в значительной зависимости их параметров от темпера -
туры. С повышением температуры растет Ум , хотя базовый
ток при этом может не меняться. Это объясняется увеличением
коэффициента оС (а вместе с ним и ) а увеличением не-
управляемого коллекторного тока «Ze* • Ток Ук примерно удва-
ивается при увеличении температуры на каждые 10°. При этом
- 16 -
начальная рабочая точка транзистора смещается и это монет при-
вести к нелинейным искаяениям. Это в конечном счете ведет к
изменению входного и выходного сопротивлений .усилителя,его ам-
плитудной и частотной характеристик. Поэтому необходимо стаби-
лизировать начальную рабочую точку транзистора.
Для стабилизации начальной рабочей точки в усилитель вво-
дится отрицательная обратная связь. Для этого в цепь эмиттера
вводят сопротивление (рис.4.1). Допустим, что ток
увеличился. Вместе с ним растет ток и падение напряжения
на . Следовательно растет отрицательный потенциал эмиттера.
При неизменном потенциале базы это ведет к уменьшению разности
потенциалов на переходе эмиттер-база и, следовательно, к запи-
ранию транзистора, т.е. к уменьшению ОСг и далее к умеяьше -
нию У* . В итоге- происходит компенсация начального увеличе -
ния тока Ук ..
Чем больше величина ## , тем сильнее отрицательная об-
ратная связь и тем выше стабильность начальной рабочей точки.
Введение сопротивления сопровождается уменьшением
коэффициента усиления переменных сигналов из-за отрицательной
обратной связи. Чтобы избегать этого, сопротивление бло -
кируется по переменной составляющей конденсатором достаточно
большой емкости Сл (рис.4.1). Конденсатор С? подбирается
из условия X?.
Рис.4.1
- 17 -
где <*4» - наименьшая частота в спектре .усиливаемого сигнала.
§ 5.	Анализ характеристик усилителя в режиме
малых сигналов
Усиленный сигнал, получаемый на коллекторе транзистора
(рис.4.1), подается на нагрузку Ян (рис.5.1). Разделитель-
ный конденсатор Сг пропускает в нагрузку только переменную
составляющую коллекторного напряжения. Емкость этого конденса-
тора выбирается достаточно большой, чтобы сопротивление его
было малым для переменного сигнала.
Общий подход к рассмотрению прохождения переменных сиг-
налов через транзисторный усилитель сводится к представлению
транзистора в Виде эквивалентного четырехполюсника, к входу ко-
торого подключен источник сигналов, а к выходу - нагрузка
(рис.5.2). Если сигнал достаточно мал, то можно подобрать на-
чальную рабочую точку так, чтобы нелинейные искажения были до-
статочно малы. В этом случае четырехполюсник, эаменющий тран-
зистор считается линейным. Этот четырехполюсник может быть
представлен разными способами.
На рио.5.3 представлена эквивалентная схема транзистора,
которой мы будем пользоваться в дальнейшем. Достоинство этой
схемы в том, что она позволяет наглядно представить работу тра-
нзисторного усилительного каскада, поскольку элементы этой
схемы имеют не формальный, а определенный физический смысл.
Здесь • •	'О* - объемное сопротивление базы транзистора,
- дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода,
Рио.5.2
коллекторного пере-
сопротивление
в схеме с ОЭ,
сопротивление
в схеме ОБ,
дг/к
коллекторного пере-
-	дифференциальное
хода транзистора
-	дифференциальное
хода транзистора
Jii-5 - генератор тока, отражающий тот факт, что транзис -
тор является активным четырехполюсником.
Теперь можно нарисовать эквивалентную схему (рис.5.4)все-
го усилительного каскада 5.1. В области, средних частот сопро-
тивления конденсаторов Cz, Cj малы, вследствие их большой
емкости. Поэтому пренебрежем сопротивлением этих конденсаторов
(будем считать им коротко замкнутыми). Сопротивление
будем считать большим, чем входное сопротивление транзистора и
для простоты также им пренебрегаем. Если R' не больше Qi* ,”
то действие Q можно учесть по формулам (3.4). С учетом этих
допущений получим схему 5.5, которам справедлива только для об-
ласти средних частот
- 19 -
Сделаем еще одно упрощение. Из схемы 5.5 видно, что
часть тока, развиваемого генератором tS .ответвляется в на-
грузку (ток ), а другая часть - в сопротивление <£*. По-
этому можно перейти к схеме 5.6, в которой отсутствует /£*, а
вместо генератора eg действует ув* tg. Здесь
(5.1)
(5.2)
тока базы,
& " q г, nf#t+rg)Hf ~ а * +	// я»
и называется эффективным коэффициентом передачи
а X* называется коэффициентом токораспределения коллекторной
цепи.
Определим основные параметры усилительного каскада:коэф-
фициент усиления по напряжению , коэффициент усиления по
току Ку , входное и выходное сопротивления транзистора.
Входное сопротивление /?Л определяется отношением
ytx/jg. • где - напряжение на зажимах Б-Э, равное
Ur? , а % - тон базы. Учитывая, что через сопротив-
ление Л2Г протекает ток с S' , а через сопротивление -ток
fa+J3) eg- , получим:
^4 = Urg+gfo - l s-= Jto£&/'+&) qJ
откуда
(£?’3)
Коэффициент усиления каскада по напряжению ко ойреде -
лим как отношение выходного напряжения на нагрузке	к
э.Д.с. источника сигнала ^с. . Такое определение при сравни-
мых величинах сопротивлений Аг и AgK более^югично,чем то,
которое применяется в ламповых каскадах А=	, где,
как правило', Аг « Абх и поэтому напряжение 2/Sx практиче-
ски совпадает, с з.д.с. . В нашем случае можно записать
^Л/х = -/3^	) А^//Aft)
Аг -* Af*
Откуда имеем
zz , 2/Azx jbfAftAA»)	(5.4)
Aq-----—--- = —--------------
/Гс Аг. + ASx
Выходное сопротивление усилителя Ate* определяется по
схеме 5.5, поскольку схема 5.6 не содержит сопротивления £*.
А&>/х определяется при отключенной нагрузке /Ан-ъо)^
Из схемы 5.5 видно, что Аба>х есть результат параллельного со-
единения Ах и выходного сопротивления собственно транзисто-
ра Ags/)(T . Определение Абыхг не встречает принципиальных
затруднений, но несколько громоздко. Поэтому мы опускаем вывод
выражения для Мшт (интересующихся отсылаем к [фетр.270 и
запишем готовый результат
Atox =	(5.5)
где	fg- = ——О.--------
А г. *
- 21 -
На практике обычно
отношение
яе Л**
со—
(5.5а)
Если пренебречь сопротивлением * вследствии его большой
величины при выводе формул для ^о, Ху, , то это приведет
к замене на и мы получим:
Л3^ = r-s- <	/5
К А "" "" л ।	—
Х’г + 4* 4л
(5.3 а)
(54 а)
Формулы (5.3),(5.4),(5.5) справедливы только для области
средних частот. В этой области Ха , и Х’лм-считаем не
зависящими от частоты усиливаемого сигнала £с. В общем слу -
чае эти величины оказываются зависящими от частоты. На практи-
ке обычно интерес представляет прежде всего зависимость от ча-
стоты модуля коэффициента усиления по напряжению /А#«^/,т.е.
амплитудно-частотная характеристика каскада. Эта зависимость
показана на рис. 1.7, где Хо определяется по формулам (5.4).
Спад частотной характеристики в области нижних чаотот
обязан наличию конденсаторов С,, С* . Для примера учтем
наличие конденсатора С< . Тогда в схеме 5.6 последовательно с
сопротивлением будет включена емкость^ Ct , ав формуле
(5.4) вместо Х7*. надо подставить	и ““ получим


J (5.6)
& со
где
Модуль этого выражения

есть амплитудно-частотная характеристика коэффициента усиления
по напряжению, а частота <*4?/ , на которой ^~0t70?Xo
- 22 -
будет нижней граничной частотой .усилителя.
Физически .уменьшение коэффициента с уменьшением
частоты объясняется увеличением падения напряжения на конден-
саторе С/ , что, в свою очередь, приводит к уменьшению на-
пряжения в точке Б (рис.5.4), а следовательно, и на выходе
усилителя. Учет действия емкостей Сг и проводится таким
же образом.
Если частотная характеристика лампового усилителя в об-
ласти высоких частот определяется прежде всего межэлектродны-
ми и паразитными емкостями, а инерционные свойства самой лам-
пы сказываются в области СВЧ, то в транзисторных усилителях
спад частотной характеристики в области высоких частот объяс-
няется прежде всего инерционностью самого транзистора. Под
инерционностью транзистора будем понимать тот факт, что дырки
проходят через базу не мгновенно, а за конечный промежуток
времени. В низкочастотных транзисторах это время составляет
около I мксек, что соответстаует частоте I Мгц.
Количественно частотная зависимость характеристик тран-
зистора в области высоких частот описывается прежде всего ча-
стотной зависимостью коэффициента передачи базового тока .
Во всех вышеполученных формулах в области высоких частот надо
вводить вместо коэффициента комплексную величину
где коэффициент передачи базового тока в области сред -
них частот, "V - время жизни неосновных носителей базы.
Модуль выражения (5.7)
filuf).—.-А	,
показывает, что на частоте	величина	, а
вместе с ней и уменьшается в /2* раз .
6.	ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
6.1.	Описание лабораторной .установки
В состав лабораторной установки входят: исследуемый уси -
литель, генератор гармонических колебаний ГЗ-ЗЗ, осциллограф
СЯ-5, милливольтметр B3-38. Принципиальная электрическая схема
исследуемого усилителя показана на рис. &.I.
Рис. 6.1
Усилитель собран на транзисторе 7} типа МП40 по схеме с об-
щим эмиттером. Это низкочастотный транзистор малой мощности с
параметрами: >3 = 37, 'З' = 8 ом, /Т= 200 ом.
Напряжение на входные клеммы поступает с генератора ГЗ-ЗЗ.
Вход 2 используется только в пункте 2 задания при измерении
входного сопротивления. Во всех остальных случаях входной сиг-
нал поступает на клемму I.
Напряжение на выходе генератора (а,следовательно,на входе
усилителя) измеряется вольтметром генератора, но показания это-
го вольтметра совпадают с напряжением , развиваемым этим
генератором на некоторой нагрузке, только в том случае,если на-
грузка согласована с внутренним сопротивлением генератора fig,
т.е. сопротивление нагрузки равно fit . На рис.6.2 приведена
эквивалентная схема выхода генератора, из которой ясно, что
- 24 -
a£l Еоли E<_* e'/z. если
, то Ec *£t , хотя вольтметр генератора продолжа-
ет показывать ^*/2, * т*в* напРяжвниа не нагрузке в этом
случае в два рава дольше напряжения, показываемого вольтметром
генератора.

Рис. 6.2
Переключатель генератора "вых.сопротивление" в нашем слу-
чае должен находиться в положении "5 ом" , а переключатель "вну-
тренняя нагрузка" в положении "выключено". Поскольку входное
сопротивление транзисторного усилителя составляет сотни ом,то,
следовательно, напряжение на входах I и 2 будет всегда в два
раза больше напряжения вольтметра генератора (в этом можно
убедиться, измеряя напряжение на входах I и 2 милливольтметром
B3-38).
В схеме усилителя имеются два сопротивления нагрузки
и Оба сопротивления используются только в пункте 3 зада-
ния для измерения выходного сопротивления усилителя. Во всех
остальных случаях можно использовать любое иэ этих двух сопро-
тивлений.
6.2.	ЗАДАНИЕ
I.	Снятие амплитудной характеристики
Если имеют дело с незнакомым усилителем, то начинают его
испытания с определения номинального напряжения источника сиг-
нала £f . Для этого ко входу усилителя подводится синусои-
дальное напряжение средней частоты (в нашем случае j-ep =
Во всех последующих измерениях, кроме пункта 5, частота сигна-
ла генератора остается равной 15 кгц. Амплитуду сигнала посте-
пенно увеличивается. Сигнал на выходе усилителя контролируется
осциллографом'. При достижении едва заметных на глаз искажений
- 25 -
формы синусоиды отмечают значение £с .
Далее снимается амплитудная характеристика усилителя,т.е.
зависимость	, где Ес - амплитуда сигнала на
входе I, 'UfttX - амплитуда сигнала на выходе. Амплитуда сигна-
ла Ес измеряется вольтметром генератора, a Viitx измеряет-
ся милливольтметром B3-38. Входное напряжение изменяется от
нуля до примерно 1,5 Ее нам. Для выявления линейного участка
характеристики на него должно приходиться не менее пяти точек.
По подученным данным построить график зависимости
Взимание. Во всех последующих измерениях амплитуда вход -
ного сигнала должна быть равна амплитуде, соответствующей се-
редине линейного участка амплитудной характеристики.
2.	Определение входного сопротивления
Определение основано на эквивалентной схеме (рис.
1.3) входа усилителя и на формуле (1.8). Из последней следует:
A,. A	- АнД- <6Д)
Ес - ЭД* Ес ,
Л7х Z
Сигнал с генератора в этом случае подается на вход 2. Напряже-
ние ИАх измеряется милливольтметром'. Величина сопротивления
известна.
Подставить в (6.1) соответствующие величины и получить
значение #Ах •
ВЫчйслить RAx по формуле (5.3а ) и сравнить с экспе -
риментальным значением Rtx •
3.	Определение выходного сопротивления
Выходное сопротивление усилителя определяется поочередным
подключением к выходу усилителя двух известных сопротивлений
Rm и rmz . На основании эквивалентной схемы 1,4 и форму-
лы (1.4) можно записать напряжение на этих сопротивлениях
Ul fa* fa, '	- fa* ton
Разрешая эту систему уравнений относительно ^вмх, получим
- 26
2>х m п	1	(6.2)
/VA/X .	------—
__ Z/д
Измерить милливольтметром напряжения и	и по форму-
ле (6.2) определить Явы*
Сравнить это значение с Рви» , полученным из (5.6а).
4.	Определение коэффициента усиления по напряжению
Коэффициент усиления по напряжению определяется соглас-
но формуле Л^о »	, где - амплитуда сигнала на
входе I, Z/Л/л- амплитуда сигнала на выходе усилителя,изме -
ряемая милливольтметров.
Вычислить также значение согласно формуле (5.4га ).
5.	Снятие амплитудно-частотной характеристики усилителя
В этом случае частота входного сигнала меняется, а ампли-
туда его остается неизменной; Частота изменяется в пределах ,
при которых на краях полосы частот выходное напряжение умень -
шается в 1,5*2 раза по сравнению с частотой, на которой выход-
ное напряжение максимально. Значения частоты выбирают так,что-
бы в соседних точках они отличались в 1,5 + 2 раза.
Впсодное напряжение измеряется милливольтметром1. Резуль -
таты измерений заносятся в таблицу. По данным таблицы строится
график функции Hfj). При построении этого графика по 'оси абс-
цисс принято откладывать не саму частоту, а десятичный логарифм
частоты ^7 У. Например, вместо 100 гц наносится точка
=2 и т.д. Объяснить вид полученной кривой.
Литература
Г. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных
охем. Госэнергоиздат, 1963.
2. Бонч-Бруевич А.М. Радиоэлектроника в. экспериментальной фи -
эике.~М.; Наука , 1966.
3. Виноградов D.B. Основы электронной и полупроводниковой тех-
ники .-М.: Энергия , 1968.
Сдано в набор 28/ХП-1981 г. Подписано в печать II/I-I982 г.
Форм.бун. 60 х 34 I/I6. Пен.л.1,75. Тираж 300. Закав 7.
Бесплатно.
Офсетная лаборатория КЕ7
Казань, Ленина, 4/5