Резистивный усилитель с емкостной связью, называемый также RС-усилителем, — основная схема. На рис. 7.7 представлена его принципиальная схема на транзисторе. Название схемы связано с характером сопротивления нагрузки (сопротивление Rк) и емкостной связью обсуждаемого каскада с источником сигнала либо предыдущим каскадом и нагрузкой следующего каскада (конденсаторы С1 и С2). Транзистор работает по схеме с ОЭ. Эту схему наиболее часто используют, поскольку она дает большой коэффициент усиления по напряжению и току, а следовательно, и большое усиление по мощности.

Рабочую точку транзистора определяют резисторы R1, R2, Rэ, Rк, причем делитель R1R2 определяет напряжение смещения базы, а падение напряжения, возникающее в результате протекания тока эмиттера через резистор Rэ, — напряжение эмиттера. При заданном напряжении коллектора, равном разности между напряжением питания и падениями напряжений на резисторах Rк и Rэ, устанавливается определенный ток базы.

Параметры элементов, определяющие положение рабочей точки на рабочей характеристике транзистора, обычно подобраны таким образом, чтобы рабочая точка находилась на прямолинейном участке характеристики. Это означает, что при достаточно малых возбуждающих сигналах усилитель работает в классе А и может рассматриваться как линейная схема. Резистор Rэ выполняет, кроме того, функции резистора, стабилизирующего рабочую точку транзистора. Для исключения отрицательной обратной связи по переменному току этот резистор обычно шунтируется конденсатором Сэ большой емкости.

В представленной на рис. 7.7 схеме резистор Rвх2 символизирует входное сопротивление следующего каскада, которое является параллельным соединением резисторов в цепи базы и входного сопротивления транзистора следующего каскада.

Рис. 7.7. Резистивный усилитель с емкостной связью

В диапазоне средних частот, в котором влиянием действующих в схеме емкостей можно пренебречь, усиление схемы по напряжению выражается следующей формулой:

в которой h21э — коэффициент передачи по току при коротком замыкании в схеме с ОЭ при малом сигнале; h11э — входное сопротивление при коротком замыкании в схеме ОЭ при малом сигнале; Rвых — сопротивление, полученное при параллельном соединении резисторов Rк и Rвх2. Знак минус в формуле означает, что фаза выходного напряжения повернута на 180 относительно входного напряжения. Сопротивление Rвых не зависит от выходного сопротивления транзистора. Действительно, выходное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ велико, и в связи с этим им можно пренебречь.

В противоположность выходному сопротивлению входное сопротивление транзистора мало и поэтому оказывает существенное влияние на Rвых в схеме, нагрузкой которой является следующий каскад усиления. Входное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ примерно равно h11э. Входное сопротивление транзисторного каскада также снижается из-за шунтирующего влияния параллельного соединения резисторов цепи смещения базы.

При заданном сопротивлении нагрузки усилительного каскада верхняя граничная частота резистивного усилителя зависит от емкости шунтирующей это сопротивление. На рис. 7.7 эта емкость не приведена, поскольку она не оказывает влияния на усиление в диапазоне средних частот, так же как и емкости связи и емкость, включенная параллельно резистору в цепи эмиттера. Цепь, на которую нагружен каскад усиления в диапазоне высоких частот, представлена на рис. 7.8, а. Помимо емкостей, указанных на рис. 7.7, имеются дополнительно выходная емкость транзистора Свых, входная емкость следующего каскада Свх, а также емкость рассеяния Сm, которую образуют собственные емкости компонентов и соединительных проводов. Пренебрегая реактивным сопротивлением конденсатора Сс2, которое в диапазоне высоких частот мало, можем представить нагрузку усилителя в виде сопротивления R с подключенной параллельно ему емкостью С0. Переменный ток транзистора i протекает через обе ветви цепи. В диапазоне средних частот, где реактивное сопротивление конденсатора С0 велико, практически весь ток протекает через сопротивление Rэкв. Поскольку падение напряжения на сопротивлении Rэкв является выходным напряжением, то в диапазоне средних частот оно имеет максимальное значение.

Рис. 7.8. Эквивалентная схема (а) и диаграмма токов (б) на частоте fh11 RC-усилителя

Реактивное сопротивление конденсатора С0 обратно пропорционально частоте. При некоторой частоте оно становится равным сопротивлению Rэкв. В этом случае полный ток делится на две части, равные 0,707 значения тока транзистора i, что следует из векторной диаграммы, приведенной на рис. 7.8, б. В соответствии с законом Ома падение напряжения на сопротивлении Rэкв меняется таким же образом. Спад до 0,707 означает спад на 3 дБ относительно значения, действующего в диапазоне средних частот. Поэтому частота, на которой Xс0 = Rэкв. является граничной частотой fв. Эту частоту можно определить, приравняв друг другу Xс0 и Rэкв и решив полученное уравнение относительно fв: