3.3 Содержание отчета

1. Схема работы транзистора с общим эмиттером в статическом и динамическом режимах.

2. Входные, выходные, переходные характеристики транзистора в табличной (см. табл.1.1…1.4) и в графической формах.

3. Динамическая переходная характеристика, построенная согласно п. 5 порядка выполнения работы.

4. Статические и динамические параметры транзистора согласно п.4 порядка выполнения работы.

5. Краткие выводы по всем этапам выполненной работы.

3.4 Вопросы для самоконтроля

1. Что называется входной и выходной статической характеристикой транзистора?

2. Какова физическая сущность коэффициентов усиления по току  и , их примерное числовое значение?

3. Какая характеристика транзистора называется динамической переходной?

4. Что такое коэффициент усиления усилительного каскада по напряжению и току?

5. Сравнительный анализ схем включения транзистора с ОЭ, ОБ, ОК.

6. Принцип действия транзистора.

7. Физические процессы, происходящие в транзисторе, отражённые во входной и выходной характеристиках транзистора.

8. Статический и динамический режимы работы транзистора.

9. Определение статических и динамических параметров транзистора.

10. Порядок построения нагрузочной и динамической переходной характеристик транзистора.

11. Что будет с токами I_Б, I_К, I_Э, при перемещении движка потенциометра R1 вверх (вниз)? Почему?

12. Что будет с токами I_К, I_Б, при перемещении движка потенциометра R3 вверх (вниз)? Почему?

13. Как включены коллекторный и эмиттерный р-п переходы транзистора?

14. Для чего служит резистор R2?

15. Покажите цепи протекания токов I_Б, I_К.

16. Что будет с током I_К, если при работе в динамическом режиме замкнуть выключатель S1?

17. Как отреагирует транзистор, находящийся в состоянии покоя (точка 2 на рис. 5), на замыкание электродов эмиттера и базы (рис. 2)?

4. Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНОГО УСИЛИТЕЛЯ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель работы: углубить и закрепить полученные знания по принципу действия, устройству и характеристикам электронных усилителей переменного тока.

4.1. Общие сведения об электронных усилителях

Усилителями называют устройства, предназначенные для усиления электрических сигналов. Непосредственно усиление сигналов осуществляется усилительными элементами за счет электроэнергии, потребляемой от источников питания.

Свойства усилителей характеризуют рядом эксплуатационных и качественных показателей. К эксплуатационным показателям относят коэффициенты усиления, чувствительность, мощность на выходе и коэффициент полезного действия. Качественными показателями работы усилителя являются диапазон усиливаемых частот, вносимые усилителем искажения, уровень помех и т.д.

Коэффициент усиления по напряжению, току или мощности показывает, во сколько раз напряжение, ток или мощность на выходе усилителя больше, чем его значения на входе. Коэффициент усиления определяется как отношение напряжения, тока или мощности на выходе усилителя к его одноимённому значению на входе:

(1)

Основной задачей усилителя является усиление электрического сигнала (по току, напряжению или мощности), создаваемого датчиком сигнала, до величины, необходимой для приведения в действие какого-либо устройства (нагрузки), например, реле, элементов индикации, акустических излучателей, электроприводов и т.д. Простейший усилитель, в котором используется усилительный элемент, в большинстве случаев не может обеспечить требуемого усиления. Поэтому современные усилители содержат несколько усилительных приборов, каждый из которых в сочетании с различными пассивными элементами образует каскад усиления. На рис. 1 показан многокаскадный усилитель, состоящий из каскадов предварительного усиления и выходного (оконечного) каскада.

Рис. 1. Структурная схема многокаскадного усилителя

В каскадах предварительного усиления от каскада к каскаду происходит повышение уровня сигнала (обычно по напряжению) до величины, при которой выходной каскад создает в нагрузке заданную выходную мощность. В многокаскадных усилителях выходкой сигнал предыдущего каскада является входным для последующего.

Существует три основных способа связи между каскадами в многокаскадном усилителе: связь через разделительные конденсаторы, или RС-связь, непосредственная или гальваническая связь и связь с помощью трансформаторов (трансформаторная связь). Наибольшее распространение в схемах усилителей переменного тока получила RС–связь.

Если усилительное устройство состоит из нескольких последовательно включённых каскадов, то его общий коэффи­циент усиления равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов

К = К₁  К₂  К₃  …  К_n , (2)

где n – число каскадов.

Выходная мощность усилителя зависит от напряжения на его входе. Номинальное входное напряжение U_ВХ, при котором усилитель отдает в нагрузку заданную выходную мощность, называют чувствительностью усилителя.

Номинальная выходная мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку, Р_Н при синусоидальной форме выходного напряжения и тока равна

Р_ВЫХ = I_ВЫХ  U_ВЫХ = I ²_ВЫХ  R_Н = U ²_ВЫХ / R_Н, (3)

где U_ВЫХ, I_ВЫХ – действующие значения напряжения и тока на резисторе нагрузки R_Н.

Работа усилителя описывается двумя характеристиками: амплитудной и частотной (её часто называют амплитудно-частотной), приведенными на рис. 2.

Амплитудная характеристика усилителя представляет собой зависимость выходного напряжения от входного U_ВЫХ = f(U_ВХ) при f_ВХ=const (рис. 2, а). Иногда определяют амплитудную характеристику как зависимость коэффициента усиления по напряжению от входного сигнала постоянной частоты K_U = f(U_ВХ). Обе эти зависимости приведены на рис.2, а.

О тклонение реальной амплитудной характеристики от идеальной прямой (см. пунктирные линии на рис. 2, а) в области малых входных сигналов (левее точки а) происходит за счет напряжения собственных шумов U_Ш в выходной цепи усилителя. Напряжение шумов обусловлено пульсациями напряжения источника питания, а также напряжением нестационарных процессов, определяемых структурой активных и пассивных элементов схемы.

При слишком больших значениях входного сигнала (правее точки б) амплитудная характеристика искривляется из-за перегрузки усилительных элементов. Это значит, что усилительный элемент работает на нелинейных участках своих характеристик, что обусловливает ограничение амплитуды выходного сигнала и искажение его формы.

Отношение максимального к минимальному значению входных напряжений, усиливаемых усилителем без искажений, характеризует динамический диапазон усилителя.

. (4)

Динамический диапазон можно определить по амплитудной характеристике усилителя. В пределах динамического диапазона коэффициент усиления практически не изменяется (см. затененную область на рис. 2, а).

В рабочем диапазоне амплитуд входного сигнала U_{ВХ МАКС} – U_{ВХ МИН} амплитудная характеристика имеет форму практически прямой линии (участок а-б), что свидетельствует о линейной зависимости U_ВЫХ = f(U_ВХ), а угол ее наклона  определяется значением коэффициента усиления усилителя на данной частоте (tg = U_ВЫХ /U_ВХ).

Частотная характеристика усилителя представляет собой зависимость коэффициента усиления от частоты усиливаемых колебаний K_U = f(f) при U_ВХ= const. Графическое изображение частотной характеристики усилителя с RС–связью показано на рис. 2, б. Как видно из графика, коэффициент усиления не остается постоянным на разных частотах, а имеет явно выраженный “завал” (снижение) на низких и высоких частотах. Это свойство усилителя обуславливает частотные искажения – отклонение формы выходного сигнала от входного с изменением его частоты.

В области средних частот коэффициент усиления практически не зависит от частоты. Снижение коэффициента усиления на низких и высоких частотах связано с влиянием на сигнал реактивных элементов, входящих в состав усилителя и объясняется следующим.

С переходом в область низких частот заметно увеличивается падение напряжения на разделительных конденсаторах межкаскадной связи (см. конденсатор С_Р1-2 на рис. ниже). Это вызвано тем, что с уменьшением частоты емкостное сопротивление конденсатора увеличивается, как видно из формулы:

. (5)

где Х_С – емкостное сопротивление конденсатора;

f – частота входного сигнала;

С – емкость разделительного конденсатора.

С ледовательно, на входном сопротивлении R_ВХ2 следующего каскада (см. рис. слева), составляющем с конденсатором связи делитель напряжения, создастся меньшее входное напряжение (вспомнить принцип действия делителя напряжения), что, естественно, приведет к умень-шению U_ВЫХ каскада и коэффициента усиления.

Действительно, из свойств расмотренного делителя напряжения,

(6)

откуда видно, что с ростом X_СР (при снижении частоты f входного сигнала в формуле 5) напряжение U_ВХ2 уменьшается, а значит уменьшается и общий выходной сигнал усилителя.

В области верхних частот на работу усилителя, а следовательно и на коэффициент усиления, существенно влияют междуэлектродные ёмкости транзисторов и других элементов схемы. Для уяснения этого явления рассмотрим обобщённую схему выходной цепи транзисторного усилителя, приведённую на рис. 3, на которой показаны основные междуэлектродные ёмкости транзистора и входная ёмкость следующего каскада С_ВХ2.

Межэлектродные ёмкости представляют собой ёмкости p-n переходов, в которых запирающий слой играет роль диэлектрика, а примыкающие к нему ионные слои являются обкладками конденсаторов. Из рисунка видно, что выходная ёмкость C_КЭ определяется значениями ёмкостей коллекторного C_КБ и базового C_БЭ p-n переходов. Из правила последовательного соединения емкостей известно, что эквивалентная им ёмкость определяется выражением

(7)

и будет меньше наименьшей из них. Поскольку коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, ширина запирающего слоя велика и, следовательно, ёмкость С_КБ очень мала (для НЧ транзисторов она порядка 20…60 пФ).



Напомним, что ёмкость плоского конденсатора может быть найдена по формуле: С =  S / h, где  – диэлектрическая постоянная, S – площадь обкладок (p-n перехода), h – толщина диэлектрика (ширина запирающего слоя).

Следовательно, ещё меньше будет выходная ёмкость С_КЭ, емкостное сопротивление которой в соответствии с формулой (5) на низких и средних частотах огромно и не влияет на работу транзисторного каскада усиления.

Из рис. 3 также видно, что переменная составляющая сигнала с коллектора транзистора поступает на следующий каскад через разделительный конденсатор С_Р1-2 и выделяется на входном сопротивлении каскада R_ВХ2. Поскольку ёмкость разделительного конденсатора С_Р1-2 обычно велика и составляет десятки микрофарад, его емкостное сопротивление (в соответствии с формулой 5) на высокой частоте ничтожно и им в рассуждениях можно пренебречь. В то же время параллельно входному сопротивлению каскада R_ВХ2 на частоте сигнала оказываются подключёнными ёмкости С_КЭ транзистора и входная ёмкость следующего каскада С_ВХ2, общая ёмкость которых равна сумме их емкостей. “Невидимые” на низких и средних частотах из-за своей малости, на высокой частоте они начинают шунтировать (уменьшать, см. формулу 5) сопротивление R_ВХ2, являющееся нижним плечом делителя напряжения R_K – R_ВХ2. Следствием этого является снижение напряжения U_ВХ2 и, соответственно, общего коэффициента усиления, о чём свидетельствует “завал” частотной характеристики в области высоких частот.

Непостоянство коэффициента усиления по частоте приводит к частотным искажениям, которые оцениваются коэффициентом частотных искажений. Коэффициент частотных искажений М равен отношению коэффициента усиления на средней частоте К_СР, к коэффициенту усиления на данной частоте К_f

. (8)

Диапазон рабочих частот усилителя, или полоса пропускания, равная f = f_В – f_Н (см. рис. 2, б), оценивается областью частот, в пределах которой частотные искажения не превышают заданной величины. Обычно полоса пропускания лежит между верхней f_В и нижней f_Н граничными частотами, на которых коэффициент усиления уменьшается до 0,7 от его значения на средних частотах (или от максимального значения). В усилительной технике широко применяется логарифмический масштаб, в котором уменьшение коэффициента усиления от значения К_МАКС в пределах полосы пропускания усилителя не превышает 3 децибел:

К_U(ДБ) = 20 lg K_max / 0,7 K_max = 20 lg 1,43  3 дб. (9)

Для этих частот коэффициенты частотных искажений равны

, (10)

где К_Н, К_В – коэффициенты усиления соответственно на нижних

верхних частотах.

Из определения коэффициента частотных искажений следует, что если М > 1, то частотная характеристика в области данной частоты имеет завал, а если М < 1, то – подъем.

Коэффициент частотных искажений многокаскадного уси­лителя равен произведению коэффициентов частотных искажений отдельных каскадов

М = М₁  М₂  М₃ …  М_n.. (11)

Следовательно, частотные искажения, возникающие в одном каскаде усилителя, могут быть скомпенсированы в другом, чтобы общий коэффициент частотных искажений не выходил за пределы заданного.

Свойства усилителя существенно изменяются при введении отрицательной обратной связи (ООС), что находит отражение и во внешнем виде обеих рассмотренных характеристик.

Основным действием ООС, на котором базируются все её проявления, является снижение коэффициента усиления усилителя. Напомним вкратце суть действия ОС.

На рис. 4 приведена упрощенная структурная схема усилителя с коэффициентом усиления К, охваченного цепью обратной связи с коэффициентом передачи  = U_ОС/ U_ВЫХ (не путать с коэффициентом усиления по току  для транзистора в схеме с общим эмиттером).

Если сигнал обратной связи U_ОС, поступающий с выхода усилителя на его вход, противодействует входному сигналу U_ВХ (т.е. их действия находятся в противофазе), то такая ОС называется отрицательной³. Коэффициент усиления (по напряжению) усилителя, охваченного ООС, определяется выражением:

, (12)

из которого видно, что коэффициент усиления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью К^ООС, в 1/(1+К) меньше коэффициента усиления самого усилителя К.

Используя в своих рассуждениях выражение (12), мы сможем обнаружить влияние ООС на характеристики усилителя.

Так, при построении амплитудной характеристики усилителя с ООС, каждому значению U_ВХ будет соответствовать напряжение U_ВЫХ меньшее, чем при отсутствии ООС. Следовательно, экспериментальные точки и сама кривая пройдут ниже характеристики ЭУ без ООС (на рис. 2, а не показано), а динамический диапазон усилителя (см. формулу 4) расширится.

Изменения частотной характеристики при введении ООС обусловлены следующим:

В средней области частот, где выходное напряжение является наибольшим, напряжение обратной связи, определяемое выражением U_OC=  U_ВЫХ (см. рис.2), оказывается также наибольшим. Это приводит к значительному спаду усиления и результирующего выходного напряжения на средних частотах. В области нижних и верхних частот действие ООС сказывается слабее вследствие меньшего значения выходного напряжения и соответственно меньшей величины U_OC. Поэтому влияние отрицательной обратной связи на средних частотах сказывается сильнее, чем на крайних частотах. Вследствие этого частотная характеристика усилителя с ООС (см. рис. 2, б) располагается ниже кривой АЧХ без ООС и становится более прямолинейной (сглаженной). В том случае, когда на частотной характеристике усилителя имеется локальный подъем, то есть возрастает коэффициент усиления, действие ООС носит обратный характер и также вызывает спрямление частотной характеристики. Совершенно очевидно, что спрямление формы частотной характеристики усилителя, вызванное действием ООС, сопровождается расширением полосы пропускания (то есть f_ООС > f, где f_ООС = f_В^ООС – f_Н^ООС) и, следовательно, уменьшением частотный искажений в соответствии с формулой (8) .

Нелинейные искажения проявляются в искажении формы выходного сигнала. Они обусловлены нелинейностью входных и выходных характеристик усилительных элементов (транзисторов, электронных ламп), а также наличием в схеме других нелинейных элементов. ООС также уменьшает и нелинейные искажения.

Для подтверждения этого, допустим, что при входном напряжении U_ВХ усилительный каскад без обратной связи дает на выходе, кроме напряжения такой же формы, как входное, еще напряжение искажений U_И. При охвате каскада отрицательной обратной связью на его вход, кроме напряжения сигнала U_ВХ, будет подаваться с выхода также напряжение искажений U_И. При неизменном значении напряжения входного сигнала, поступающего на вход каскада, охваченного ООС, уменьшения нелинейных искажений не наблюдается так как обратная связь уменьшает примерно одинаково как полезный сигнал, так и напряжение искажений U_И. Однако напряжение полезного сигнала на входе можно довести до прежнего уровня увеличением коэффициента усиления предыдущего каскада. Поэтому уровень полезного сигнала на выходе каскада повысится, а все мешающие напряжения, возникающие толь­ко в каскаде, охваченном ООС, уменьшатся. Это приведет к уменьшению уровня нелинейных искажений. Действительно, при введении ООС на выходе каскада возникает новее напряжение искажений U_И^ООС, равное разности напряжения U_И, вносимого усилительным каскадом, и напряжения U_И^ООС прошедшее через цепь ОС усилителя:

U_И^ООС = U_И –  К U_И^ООС . (13)

Отсюда

. (14)

Таким образом, ООС уменьшает искажения, вносимые усилительным каскадом, в (1 +  К) раз.

Коэффициент полезного действия усилителя характеризует его экономичность и определяется как отношение полезной мощности сигнала Р_ВЫХ, отдаваемой усилителем нагрузке, к общей мощности Р_О, потребляемой им от источника питания,

. (15)

Описание

принципа работы

электронного усилителя

4.2. Схема исследуемого усилителя

В лабораторной работе проводится исследование двухкаскадного транзисторного усилителя переменного тока с RC –связью, схема которого приведена на рис. 5.

Рис. 5. Схема транзисторного усилителя с RС – связью

Назначение элементов схемы:

R1 и R2, R3 и R4 – делители напряжения;

R_К1, R_К2 – резисторы нагрузки;

С1 … С5 – разделительные конденсаторы;

R_Э1, R_Э2 – резисторы цепи эмиттера для стабилизации точки

покоя при изменении температуры;

С_Э1, С_Э2 – шунтирующие конденсаторы для устранения

отрицательной обратной связи по переменному току.

Каскады усиления по составу и назначению элементов одинаковы, поэтому рассмотрим работу элементов первого каскада, используя фрагмент схемы, приведенный на рис. 6.

Д елитель напряжения, состоящий из последовательно включенных резисторов R1 и R2, а также резистор R_Э1 образуют цепи смещения и температурной стабилизации точки покоя. При отсутствии входного сигнала (U_ВХ=0) по делителю напряжения протекает ток делителя I_Д, равный

, (16)

а по резистору R_Э1 ток эмиттера I_Э.

Рис. 6. К пояснению работы входной

цепи транзистора

Токи делителя и эмиттера создают на соответствующих резисторах падения напряжения

U_R2 = I_Д R₂; U_RЭ1 = I_Э R_Э1 . (17)

Напряжение U_R2 приложено к цепочке из двух последовательно включенных сопротивлений: резистора R_Э1 и p-n перехода транзистора. Следовательно, в соответствии с законом Кирхгофа при указанных на рис. 6 направлениях токов I_Э и I_Б, можно записать:

U_R2 = U_RЭ1 + U_БЭ . (18)

Из выражения (18) можно найти напряжение смещения⁴, приложенное к эмиттерному переходу (при U_ВХ=0):

U_БЭ = U_R2 – U_RЭ1= U_R2 – I_Э R_Э1. (19)

При этом сопротивления резисторов R1 и R2 выбирают так, чтобы ток делителя I_Д, протекающий через них, был в несколько раз больше тока базы I_Б при отсутствии входного сигнала. Обычно принимают I_Д  5I_Б..



Необходимость выполнения этого условия объясняется тем, что при параллельном включении резисторов (в данном случае R2   R_Э1+ R_p-n) общее сопротивление определяется наименьшим из них. При выполнении условия R2 < (R_Э1+ R_p-n) незначительные изменения большего сопротивления Б-Э перехода транзистора не приведет к существенному изменению сопротивления нижнего плеча делителя напряжения, что в итоге обеспечивает поддержание напряжения U_R2  const

Рассмотренная схема с делителем напряжения на входе называется схемой смещения фиксированным напряжением (т.к. U_R2  const)

Однако это напряжение, как было показано выше, не подается непосредственно на вход транзистора. Наличие резистора R_Э1 в цепи эмиттера определяет особенность подачи напряжения смещения между базой и эмиттером транзистора, что видно из выражения (19). Такое решение позволяет не только задать режим работы транзистора, но и обеспечить его постоянство в условиях значительного изменения параметров транзистора под действием температуры. Поэтому схему, содержащую резистор R_Э1 в цепи эмиттера называют схемой эмиттерной температурной стабилизации.

Д



ействительно, с увеличением температуры ток эмиттера I_Э увеличивается, поэтому увеличивается падение напряжения на резисторе U_RЭ1. Напряжение на резисторе R2 от окружающей температуры не зависит (так как не зависят от температуры параметры Е_К, R1 и R2). Поэтому, как следует из выражения (19), с возрастанием температуры и ростом тока I_Э, напряжение смещения U_БЭ автоматически уменьшится. Уменьшение напряжения U_БЭ приводит к снижению ба­зового, а следовательно и коллекторного, тока. В результате этого режим работы транзистора будет восстановлен.

Рассмотренное выше влияние выходного тока эмиттера I_Э на входные цепи для термостабилизации точки покоя является не чем иным, как проявление отрицательной обратной связи по постоянному току.

Напряжение обратной связи создается на резисторе R_Э1 и оно пропорционально току эмиттера (т.к. U_ОС = U_RЭ1 = I_Э R_Э1). Для определения знака обратной связи достаточно обозначить полярность напряжений на резисторах R_Э и R₂ (как показано на рис 6) и сравнить их действие на транзистор. Здесь напряжение обратной связи U_ОС = U_RЭ1 и входное напряжение u_ВХ = U_R2 по своему действию находятся в противофазе: напряжение u_ВХ, приложенное к транзистору в указанной на резисторе R₂ полярности, стремится его открыть, а U_ОС =I_ЭR_Э1 – закрыть (т.к.  I_Э и U_ОС является обратным для p-n перехода). Следовательно, в данном случае имеет место отрицательная обратная связь (ООС) по току (I_Э). Такая обратная связь называется мест­ной, так как она действует только для одного каскада усиления

ООС уменьшает коэффициент усиления каскада (усилителя) для сигнала, её вызвавшего (например, для температурных (вредных и медленных!) изменений тока I_Э) и это её достоинство. В то же время при наличии входного сигнала u_ВХ соответствующие ему изменения тока базы I_Б вызывают увеличенные в  раз изменения тока коллектора и эмиттера (полезные и быстрые) I_Э  I_К = I_Б, которые тоже будут формировать на резисторе R_Э ООС, но уже не желательную.

Д



ля устранения этой отрицательной обратной связи по переменному току при наличии входного сигнала, резистор R_Э1 шунтируют конденсатором С_Э1. Его емкостное сопротивление на частоте входного сигнала должно быть значительно меньше сопротивления резистора R_Э1 (т.е. х_СЭ << R_Э).

Усилитель работает следующим образом (см. рис. 5). Входной сигнал ~u_ВХ поступает на делитель переменного напряжения, состоящий из конденсатора С1 и резистора R2. Как мы видим, этот резистор является нижним плечом двух делителей напряжения: постоянного тока (от Е_К) и переменного (от u_ВХ). Следовательно, возникающее на нём падение напряжения определяется токами, создаваемыми этими источниками. Поскольку ток делителя смещения I_Д течёт всегда в одном направлении (от плюса Е_К к его минусу), а направление входного тока i_ВХ определяется фазой входного напряжения u_ВХ и дважды изменяется за период, можно записать условия формирования напряжения на резисторе R2:

U_R2 = (I_Д  i_ВХ)  R₂ . (20)

При отсутствии входного сигнала (u_ВХ = 0) входной ток i_ВХ = 0 и на резисторе R2 создаётся постоянное напряжение, определяющее (см. выражение (19)) начальное положение рабочей точки.

С приходом входного сигнала (u_ВХ  0) входной ток i_ВХ то складывается с током делителя смещения I_Д, то вычитается из него, вызывая соответствующие изменения напряжения U_R2. Это изменяющееся напряжение подается на участок база-эмиттер транзистора VT1 (влияние резистора R_Э1 на частоте сигнала исключено подключённым к нему конденсатором С_Э1) и изменяет ток базы I_Б в большую и меньшую стороны относительно начального его значения.

Изменение тока базы во входной цепи транзистора вызывает значительно большие изменения тока коллектора I_К в выходной цепи (напомним, что I_К =   I_Б, где  – коэффициент усиления тока в схеме с ОЭ, достигающий значений 100  1000). Этот ток, проходя по резистору нагрузки R_К, создаёт на нём изменяющееся выходное напряжение усилительного каскада в соответствии с уравнением динамического режима:

U_КЭ1 = Е_К – I_К1 R_К1 . (21)

Усиленное выходное напряжение U_ВЫХ снимается с участка коллектор-эмиттер первого транзистора и через разделитель­ный конденсатор С2 подается на вход второго усилительного ка­скада. Здесь все рассмотренные процессы повторяются, сигнал еще больше усиливается и через конден­сатор С3 поступает на выход.

Если на вход первого каскада усилителя поступает положительная (относительно общего провода!) полуволна входного сигнала, то в соответствии с выражением (20) напряжение на резисторе R2 уменьшается (т.к. i_ВХ течет по R2 сверху вниз и вычитается из I_Д) и, следовательно, уменьшается напряжение U_БЭ = U_R2 – U_RЭ, что вызывает прикрывание транзистора (относительно исходного состояния при u_ВХ = 0). Это сопровождается уменьшением коллекторного тока I_К1. В свою очередь падение напряжения на сопротивлении резисто­ра R_К1 за счет уменьшающегося коллекторного тока I_К1, уменьшается, а напряжение на коллекторе U_КЭ1 по абсолютной величине увеличивается (см. выражение (8)), т.е. формируется отрицательная полуволна выходного напряжения. При поступлении отрицательной полуволны входного сигнала картина меняется на обратную. Из этого следует, что усилительный каскад по схеме с ОЭ наряду с уси­лением входного сигнала меняет его фазу на 180°. Говорят, что входной и выходной сигналы находятся в противофазе.

Рассмотрим частотную характеристику усилителя (см. рис. 2, б). В области средних частот коэффициент усиления максимальный. При понижении частоты входного сигнала емкостное сопротивление (см. формулу (5)) разделительных конденсаторов С1, С2, С4 возрастает (так же, как и остальных конденсаторов, входящих в схему усилителя). Поэтому падение напряжения на этих конденсаторах под действием переменного тока увеличивается. В результате этого уменьшается выходное напряжение, снимаемое с резисторов R2 и R4 после разделительных конденсаторов, как элементов делителей переменного напряжения. Так как входное напряжение не изменяется, а выходное уменьшается, то, следовательно, уменьшается и коэффициент усиления.

Кроме того, с понижением частоты усиливаемого сигнала увеличивается также и емкостное сопротивление шунтирующих конденсаторов С_Э. В результате этого увеличивается отрицательная обратная связь по переменному току, так как теперь конденсаторы С_Э будет оказывать переменному току большее сопротивление, чем на средних частотах, и меньше шунтировать резистор R_Э, на котором создается ООС. Снижение коэффици­ента усиления тем больше, чем ниже частота входного сигнала.

С увеличением частоты входного сигнала емкостное сопротивление разделительных, конденсаторов уменьшается настолько, что падением напряжения на них уже можно пренебречь. Существенное влияние на работу усилителя, как было показано выше, начинают оказывать емкость коллекторного р-n перехода транзистора и шунтирующий конденсатор С_Э. Сопротивление этих элементов становится настолько малым, что они шунтируют выходную цепь усилительного каскада. А это приводит к снижению коэффициента усиления.

Для уменьшения спада частотной характеристики в области низких частот емкость разделительного конденсатора увеличивают до десятков микрофарад. В области верхних частот уменьшения спада частотной характеристики можно достигнуть снижением величины сопротивления нагрузки.

Выше была, рассмотрена местная обратная связь. Кроме местной ОС существует и общая обратная связь, связывающая выход всего усилителя с его входом. Действительно, последовательное соединение резисторов R5 и R_Э1 является делителем напряжения для выходного сигнала U_ВЫХ. Напряжение обратной связи создается на резисторе R_Э1. При любой полярности входного сигнала напряжение обратной связи и напряжение входного сигнала будут находиться в противофазе, следовательно, обратная связь будет отрицательной. Напряжение обратной связи можно определить так. Ток, протекающий по делителю напряжения, состоящего из R5 и R_Э1, равен

. (22)

Тогда напряжение обратной связи, снимаемое с резистора R_Э1,

(23)

будет пропорционально напряжению выхода. Следовательно, имеем отрицательную обратную связь по напряжению. Введение общей отрицательной обратной связи позволяет увеличить диапазон рабочих частот (полосу пропускания) усилителя.