Одной из функций конденсаторов в радиосхемах является разделительная. В чём она состоит ? Что разделяют конденсаторы ? Нельзя ли вобще исключить такие конденсаторы из схемы ?
«Лишние» конденсаторы между каскадами
Не знаю, как для других, а для меня в подростковом возрасте каждая дополнительная деталь в схеме всегда вызывала неудовольствие. При переходе от простейшего детекторного приёмника к приёмнику с прямым усилением я всегда старался выбирать схемы с меньшим числом деталей.
Например, в схемах усилителей с общим эмиттером, наиболее часто применяемых в таких приёмниках, мне очень не нравились транзисторные каскады вроде такого:
Куда больше нравился каскад вот по такой схеме:
Обладая не меньшей стабильностью за счёт обратной связи R1, он имел вдвое меньше деталей! Однако, во всех схемах, где использовались два-три каскада, между каскадами всегда ставился конденсатор, который мне казался «лишним».
Действие разделительного конденсатора
Разумеется, я попытался как-то исключить этот разделительный конденсатор из схемы. Ничем хорошим это не кончилось. Усиление двух каскадов резко упало. В то время я просто «с огорчением принял к сведению», что разделительный конденсатор между каскадами как-то обеспечивает усиление. Механизм этого явления мне стал ясен гораздо позже.
В самом деле, давайте представим, что произойдёт, если непосредственно соединить два каскада усиления:
Сопротивление в коллекторе первого каскада Rк сравнительно невелико, оно рассчитано на то, чтобы ток коллектора создавал на нем падение около половины напряжения питания. А переход база-эмиттер второго транзистора работает как полупроводниковый диод, и после открытия на нем будет падать небольшое напряжение (около полувольта).
В результате большая часть тока, идущая через сопротивление Rк первого каскада, пойдёт через переход база-эмиттер второго транзистора, полностью открывая его. Напряжение на коллекторе второго транзистора оказывается близким к нулю, и усиления не происходит. В зависимости от конкретных значений напряжений и токов сигнал может даже ослабляться.
Если же соединить каскады не непосредственно, а через конденсатор, то картина будет другой.
Конденсатор является разрывом для постоянного тока. Поэтому относительно высокое напряжение коллектора первого каскада никак не будет влиять на открывание транзистора второго каскада.
Только переменная составляющая – полезный сигнал – пройдёт через конденсатор, и приоткроет сильнее второй транзистор во время положительной полуволны, или прикроет его во время отрицательной полуволны. Постоянная же составляющая базового тока второго каскада будет полностью определяться сопротивлением R1.
Резюме
Таким образом, разделительный конденсатор в схемах многокаскадных транзисторных усилителей предназначен для того, чтобы высокое напряжение на выходе предыдущего каскада не влияло на работу последующего каскада с низким напряжением на входе. Работой последующего каскада будет управлять только переменная составляющая сигнала, которая и будет в нем усилена. Ёмкость разделительного конденсатора выбирается такой, чтобы она не оказывала заметного сопротивления на частоте полезного сигнала.
В некоторых случаях схему можно спроектировать так, чтобы связь между каскадами была непосредственной. Однако, расчёт такой схемы сложнее, а стабильность работы, как правило, ниже. Для увеличения стабильности в схему с непосредственной связью приходится вводить дополнительные компоненты (например, обеспечивающие отрицательную обратную связь), и смысл в исключении разделительного конденсатора «ради упрощения» исчезает.