2.16. УСИЛИТЕЛИ С ЕМКОСТНОЙ СВЯЗЬЮ

Наряду с применением основного типа усилителей — УПТ — в ряде случаев оказывается целесообразным использование усилителей с емкостной связью. На рис. 2.30 в качестве примера показан усилитель с емкостной связью, выполненный на базе ОУ.

Рис. 2.30. Усилитель с емкостной связью и его схема замещения

Применение емкостной связи между каскадами усилителей в настоящее время вышло из употребления, так как конденсаторы с большой емкостью невыполнимы в виде элементов ИМС.

Достоинством усилителей с емкостной связью является отсутствие дрейфа нуля: конденсаторы не пропускают постоянной составляющей, в том числе напряжения дрейфа.

При подаче сигнала без постоянной составляющей, показанного на рис. 2.31,а, выходной сигнал практически повторяет форму входного, но при передаче сигнала, имеющего постоянную составляющую (рис. ) она через конденсаторы связи не передается и форма сигнала на выходе уже не соответствует входному. По выходному напряжению усилителя с емкостной связью нельзя заключить, какова форма входного сигнала — как на рис. 2.31, а или б. Ограниченность частотного диапазона усилителей с емкостной связью является их главным недостатком, из-за которого по мере совершенствования УПТ область их применения заметно сократилась.

Рассмотрим частотные свойства усилителей с емкостной связью. Вся область частот разбивается на три части? рабочая область средних частот (полоса пропускания) характеризуется тем, что сопротивление конденсаторов мало и переменный сигнал без потерь проходит через конденсаторы. Усиление в этой области частот постоянно и не зависит от частоты, В области высоких частот проявляется инерционность транзисторов.

Рис. 2.31. Временные диаграммы сигналов на входе и выходе усилителя с емкостной связью и его частотные характеристики (в)

Как и в УПТ (см. §2.14), с ростом частоты снижается коэффициент усиления и появляется запаздывающий фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами усилителя. В области низких частот сопротивление конденсаторов растет, часть сигнала прикладывается к конденсаторам и теряется на них, коэффициент усиления с уменьшением частоты падает. На рис. приведены амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики усилителя с емкостной связью. Полоса пропускания ограничена частотами , на которых .

Для анализа усилителя по схеме рис. 2.30, а заменим собственно усилитель обобщенной схемой замещения, состоящей из входного сопротивления , источника напряжения и выходного сопротнвления (рис. 2.30,б).

Полученная схема замещения усилителя с конденсаторами связи описывается выражением в комплексной форме:

где — коэффициент передачи входной цепи:

— коэффициент передачи выходной цепи:

Проанализируем зависимость , от частоты. Для этого поделим числитель и знаменатель (2.37) на :

где — коэффициент передачи входной цепи при , т. е. в области средних и высших частот; - постоянная времени цепи заряда конденсатора

Модуль коэффициента передачи ум обозначим , где - показывает, во сколько раз уменьшается коэффициент передачи на частоте . Из (2.39) получим

При уменьшении частоты растет, а падает, так как увеличивается сопротивление конденсатора и на нем теряется часть сигнала источника . При этом по цепочке протекает емкостный опережающий ток, создающий на падение напряжения , опережающее . Из (2.39) получаем

(2.41)

Аналогичный анализ можно проделать и для цепи . Для этого в вместо подставим где — постоянная цепи заряда конденсатора . При этом получим выражение для , аналогичные по структуре (2.40) и (2.41).

Коэффициент усиления схемы с емкостными связями в соответствии с (2.36)

где - параметр, показывающий, во сколько раз уменьшается коэффициент усиления усилителя (по сравнению с максимальным значением ) на частоте .

Фазовые искажения, вносимые конденсаторами, складываются:

На характеристиках рис. 2.31, в показано падение модуля коэффициента усиления на низких частотах и появление фазового опережающего сдвига <р. Для расширения полосы пропускания в область низких частот необходимо увеличивать емкости конденсаторов , что приводит к ухудшению массогабаритных показателей усилителей.

Спад амплитудно-частотной характеристики в области низших частот приводит к появлению искажений формы передаваемых сигналов. На рис. 2.31 показано, что при передаче прямоугольных импульсов напряжение на выходе усилителя имеет спад на вершине. Это падение напряжения обусловлено неспособностью усилителя передавать сигналы с малой частотой или медленно изменяющиеся сигналы, Искажения формы импульсов тем больше, чем длительнее импульсы.