Усилительный каскад ОК (эмиттерный повторитель)

На рис. 4.6 приведена схема усилительного каскада ОК. Ее называют каскадом ОК, так как коллекторный вывод транзистора по переменному току является общим для входной и выходной цепей каскада. Эмиттерным повторителем схему называют вследствие того, что ее выходное напряжение, снимаемое с эмиттера транзистора, близко по величине входному напряжению (u_н = u_вх+ u_эб » u_вх) и совпадает с ним по фазе.

Резистор R_э в схеме выполняет ту же функцию, что и резистор R_к в схеме ОЭ, - создание изменяющегося напряжения в выходной цепи, за счет протекания в ней тока, управляемого по цепи базы. Конденсатор С2 отсекает постоянную составляющую напряжения, выделяемого на сопротивлении R_э. Резисторы R1 и R2 предназначены для задания режима покоя каскада. Для повышения входного сопротивления каскада резистор R2 в схему часто не вводят. Расчет каскада по постоянному току проводят по аналогии со схемой ОЭ.

Входное сопротивление каскада ОК определяется сопротивлением параллельно соединенных резисторов R1, R2 и сопротивлением входной цепи транзистора r_вх:

R_вх = R₁|| R₂|| r_вх.

Для определения r_вх выразим напряжение U_вх через ток базы I_б:

U_вх = h_11эI_б + (R_э||R_н)I_э = I_б[h_11э+ (b+1) (R_э||R_н)].

Поделив U_вх на I_б, получим входное сопротивление входной цепи транзистора

r_вх = h_11э+ (b+1) (R_э||R_н).

Таким образом, входное сопротивление каскада ОК без учета шунтирующего сопротивления коллекторной цепи транзистора R_к (которое обычно достаточно велико) равно

R_вх = R₁|| R₂|| [h_11э+ (b+1) (R_э||R_н)].                         (4.2)

Анализируя выражение (4.2), можно видеть, что при выборе высокоомного входного делителя R₁|| R₂ входное сопротивление каскада ОК получается достаточно большим даже при низкоомной нагрузке R_н. Так при b = 50 и R_э||R_н = 1 кОм входное сопротивление R_вх = 51 кОм.

Высокое входное сопротивление определяет область применения каскада ОК: согласующее звено между маломощным источником сигнала с высоким внутренним сопротивлением и низкоомным приемником сигнала.

Выходное сопротивление каскада ОК представляет собой сопротивление схемы со стороны эмиттера и определяется соотношением

R_вых = R_э|| [(h_11э+ R_Г|| R₁|| R₂)/(b+1)].

Выходное сопротивление каскада мало (10-50) Ом. Это свойство используют для согласования выходной цепи усилителя с низкоомным сопротивлением нагрузки (выходные каскады усилителей).

Коэффициент усиления по токуопределяется так же, как и в схеме ОЭ, выражением, аналогичным выражению (4.1) с учетом отличий входных и выходных сопротивлений и параметра h_21к = (b+1)

Коэффициент усиления по напряжению K_U < 1 и в пределе стремится к единице. Это свойство каскада используют, когда необходимо повысить мощность сигнала при сохранении величины напряжения.

Коэффициент усиления по мощности можно считать равным K_I, так как K_U » 1.

 

 

Усилительные каскады на полевых транзисторах

Принцип построения усилительных каскадов на полевых транзисторах тот же, что и каскадов на биполярных транзисторах. Отличительная особенность состоит в том, что полевой транзистор управляется по входной цепи напряжением, а не током. Поэтому задание режима покоя в каскадах усиления на полевых транзисторах осуществляется подачей во входную цепь каскада постоянного напряжения соответствующей величины и полярности.

Полевые транзисторы, так же как и биполярные имеют три схемы включения. В соответствии с названиями электродов различают каскады с общим стоком (ОС), общим истоком (ОИ) и общим затвором (ОЗ). Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, поэтому имеет ограниченное практическое применение.

Усилительный каскад ОИ.Схема усилительного каскада ОИ приведена на рис. 4.7. Каскад выполнен на МДП-транзисторе со встроенным каналом n-типа. Основными элементами каскада являются источник питания Е_с, транзистор VT и резистор R_c. Нагрузка подключена к стоку транзистора через развязывающий конденсатор С2. Остальные элементы выполняют вспомогательную роль. Элементы R1, R2, предназначены для задания U_0зи в режиме покоя. Резистор R_и предназначен для создания отрицательной обратной связи по постоянному току с целью стабилизации режима покоя при изменении температуры и разбросе параметров транзистора. Конденсатор С_и предназначен для исключения отрицательной обратной связи по переменному току. Конденсатор С1 обеспечивает связь каскада с источником входного сигнала по переменному напряжению.

Режим покоя каскада выбирается так же как и в схеме на биполярном транзисторе. Ток стока покоя I_0c и напряжение сток-исток покоя U_0си связаны соотношением

U_0си = Е_с - I_0c(R_с+ R_и)

и определяются напряжением затвор-исток транзистора U_0зи, соответствующем точке покоя.

Полевой транзистор со встроенным каналом может работать как при отрицательном так и при положительном напряжении на затворе относительно истока.

Рассмотрим случай, когда U_0зи < 0. Он является типичным также и для каскада ОИ на полевом транзисторе с p-n-переходом.

Элементами, предназначенными для создания напряжения U_0зи < 0 в режиме покоя являются только резисторы R_u и R2 (см. рис. 4.7), резистор R1 не нужен. Необходимые величины и полярность напряжения получаются на резисторе R_u в результате протекания через него тока I_0u = I_0с. В связи с этим выбор R_u производят по формуле

R_u = U_0зи/ I_0с.

Резистор R2 предназначен для обеспечения потенциала затвора, равным потенциалу нижнего вывода резистора R_u, т.е. для подачи напряжения U_Ru с резистора R_u между затвором и истоком транзистора. Сопротивление резистора R2 выбирают на несколько порядков меньше входного сопротивления транзистора для исключения влияния температурной нестабильности и разброса значения входного сопротивления транзисторов на величину входного сопротивления каскада. Значение сопротивления резистора R2 принимают равным 1 – 2 МОм.

С целью повышения стабильности режима каскада по постоянному току часто идут на увеличение R_и сверх значения, требуемого для обеспечения напряжения U_0зи. Требуемая при этом компенсация избыточного напряжения U_Ru осуществляется подачей на затвор соответствующего напряжения U_0з путем включения в схему резистора R1. Из условия указанной компенсации получается соотношение для расчета сопротивления резистора R1:

U_0зи = U_Ru - U_0з = I_0сR_u - Е_сR₂/(R₂+ R₁),                  (4.3)

R₁ = Е_сR₂/(U_Ru - U_0зи) - R₂.                             (4.4)

Величину U_Rи так же, как и в каскаде ОЭ, выбирают в диапазоне (0,1 – 0,3)Е_с.

При U_0зи > 0 необходимость включения резистора R_и связана с требованием стабилизации режима покоя. Выбор элементов производится с использованием соотношений (4.3) и (4.4), в которых необходимо изменить знак перед U_0зи. Режим U_0зи > 0 является типичным для МДП-транзисторов с индуцированным каналом.

Выбор типа транзистора производят с учетом максимального тока стока I_{c max}, максимального напряжения U_{си max} и максимальной рассеиваемой мощности в транзисторе Р_{р max}. Возможные значения сопротивления R_с выбирают из диапазона: R_с = (0,05 – 0,15)r_i, где r_i – внутреннее сопротивление транзистора.

Коэффициент усиления каскада по напряжению

K_U = U_вых/U_вх = SU_вх(r_i|| R_н~)/ U_вх = S(r_i|| R_н~) = Sr_iR_н~/( r_i+ R_н~).

Произведение Sr_i называют статическим коэффициентом усиления μ полевого транзистора. С учетом этого формулу коэффициента усиления можно записать в виде

K_U = μ R_н~/( r_i+ R_н~).

В случае, когда схема ОИ является каскадом предварительного усиления в многокаскадном усилителе, R_н~ = R_с||R_вх » R_с. Если учесть к тому же, что R_с<< r_i, то коэффициент усиления каскада по напряжению можно рассчитывать по формуле

K_U = SR_с.

Входное сопротивление каскада ОИ равно сопротивлению параллельно соединенных резисторов R1 и R2

R_вх = R₁||R₂.

Выходное сопротивление каскада ОИ равно

R_вых = R_с|| r_i » R_с.

При переходе в область высоких частот необходимо учитывать межэлектродные емкости транзистора, а также емкости монтажа.

 

 

Многокаскадные усилители

При усилении малых входных сигналов может оказаться, что одного усилительного каскада недостаточно для получения нужного коэффициента усиления. В этом случае соединяют последовательно несколько отдельных каскадов. Выходной сигнал каждого предыдущего каскада является входным для последующего каскада. Поэтому коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления всех входящих в него каскадов

K_U = K_U1 K_U2… K_UN.

Входное и выходное сопротивление усилителя определяются соответственно входным и выходным каскадами.

Связь каскадов в многокаскадном усилителе может осуществляться с помошью конденсаторов, трансформаторов или непосредственно (гальваническая связь). В соответствии с этим различают усилители с конденсаторной, трансформаторной и непосредственной (гальванической) связью.

Для многокаскадных усилителей важными показателями являются амплитудно-частотная, фазо-частотная и амплитудная характеристики. Вид этих характеристик зависит от типа связи, применяемого в многокаскадном усилителе. Наиболее общим является пример усилителя с емкостной связью, который и будет предметом дальнейшего рассмотрения.

---

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 2670; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!