Активные четырехполюсники и их параметры

Усилитель для проходящего через него сигнала представляет собой активный четырехполюсник, одной из особенностей которого является то, что он эквивалентен электрической цепи, содержащей зависимый (управляемый) источник [5]. Отличительной особенностью зависимых источников является их необратимость, т. е. цепи с этими источниками имеют четко выраженный вход и выход. Таким образом, для цепей с зависимыми источниками различают путь прямого прохождения сигнала (от входа к выходу) и обратного прохождения (с выхода на вход), реализуемого с помощью специальных цепей обратной связи (ОС).

Цепи ОС изменяют ряд важных качеств, которыми обладают четырехполюсники. Они дают возможность моделирования различных функций (суммирование, интегрирование, дифференцирование и др.), генерирования и усиления колебаний, моделирования пассивных элементов типа R, L, С и их преобразования (например, С и L), перемещения нулей и полюсов функции цепи. Здесь эти задачи не рассматриваются.

Зависимый источник представляет собой четырехполюсный элемент с двумя парами зажимов – входных (3; 3′) и выходных (4; 4′). Входные ток I_ВХ и напряжение U_ВХ являются управляющими. Различают следующие разновидности активных четырехполюсников: источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН); источник тока, управляемый напряжением (ИТУН): источник напряжения, управляемый током (ИНУТ); источник тока, управляемый током (ИТУТ).

а) б)

в) г)

Рис. 6. Схемы идеальных активных четырехполюсников

В идеальном ИНУН (рис. 6, а) входное сопротивление бесконечно велико, входной ток I_ВХ = 0, а выходное напряжение U_ВЫХ связано с входным равенством U_ВЫХ =μ ∙ U_ВХ, где μ – коэффициент, характеризующий усиление зависимого источника напряжением. Зависимый источник типа ИНУН является идеальным усилителем напряжения.

В идеальном ИТУН (рис. 6, б) выходной ток I_ВЫХ управляется входным напряжением U_ВХ, причем I_ВХ = 0 и ток I_ВЫХ связан с U_ВХ равенством Ѕ = I_ВЫХ/U_ВХ, где Ѕ – коэффициент, имеющий размерность проводимости, называемый обычно крутизной.

В идеальном ИНУТ (рис. 6, в) входным током I_ВХ управляется выходное напряжение U_ВЫХ. Входная проводимость, как и в ИТУТ, бесконечно велика: U_ВХ = 0; Z = U_ВЫХ/I_ВХ, где Z – коэффициент, имеющий размерность сопротивления.

В идеальном ИТУТ (рис. 6, г) управляющим током является I_ВХ, а управляемым I_ВЫХ. Входная проводимость ИТУТ бесконечно велика: U_ВХ = 0; h₂₁ = I_ВЫХ/I_ВХ – коэффициент, характеризующий усиление по току. Активный четырехполюсник типа ИТУТ является идеальным усилителем тока.

Усилитель представляют в виде зависимого активного четырехполюсника. Реальный УЭ имеет конечное входное R_ВХ и выходное R_ВЫХ сопротивления. Поэтому со стороны входа идеального активного четырехполюсника подключается сопротивление R_ВХ, которое будет являться сопротивлением нагрузки для источника сигнала (определяя вместе с последним величину входного тока I_ВХ и входного напряжения U_ВХ сигнала), а со стороны выхода – выходное (внутреннее) сопротивление R_ВЫХ. Выходные параметры U_ВЫХ и ток I_ВЫХ пропорциональны входному напряжению U_ВХ или входному току I_ВХ усилителя. Именно под действием зависимого источника в выходной цепи усилителя (в нагрузке) возникают выходной ток I_ВЫХ, выходное напряжение U_ВЫХ и выделяется мощность Р_ВЫХ усиленного сигнала.

Нагрузку представляют обычно в виде сопротивления R_2Н.