6.5.4. Каскад с ок

В усилительном каскаде с ОК (рис. 6.26) входной сигнал поступает на базу транзистора по отношению к общей точке, с которым через малое сопротивление источника питания E_кпо переменному току соединен коллектор. Выходной сигнал снимается с эмиттера и через разделительный конденсаторC_р2подается в нагрузку. В схеме действует 100 %-я ООС по напряжению.

Т

Рис. 6.26. Усилительный каскад с ОК

ранзистор каскада работает в активном режиме. СопротивленияR₁,R₂иR_эзадают режим покоя каскада. Кроме того, резисторR_эявляется сопротивлением нагрузки транзистора по постоянному току. Сопротивление нагрузки каскада по переменному току определяется из соотношения:

R_к~ =R_э·R_н/ (R_э+R_н).

В отличие от схемы с ОЭ входное и выходное напряжения каскада с ОК совпадают по фазе, при подаче входного сигнала базовый ток увеличивается, вызывая возрастание эмиттерного тока. Это приводит к увеличению падения напряжения на сопротивлении R_эи, следовательно, на сопротивлении нагрузкиR_н.

Из схемы (см. рис. 6.26) видно, что

U_вх=U_бэ+U_вых,

так как R_н~ много больше сопротивления эмиттерного перехода (U_вых>>U_бэ). ПоэтомуK_u=U_вых/U_вхблизок к единице, однако меньше ее. Таким образом, в схеме с ОК выходной сигнал повторяет входной по уровню напряжения и по фазе. Поэтому схема с ОК называется «эмиттерный повторитель». Эта схема не обеспечивает усиления по напряжению, но имеет достаточно высокий коэффициент усиления по току и, следовательно, по мощности.

С

Рис. 6.27. Схема замещения каскада с ОК

помощью схемы замещения каскада с ОК (рис. 6.27) довольно просто получить основные параметры усилителя:

;

;

;

;

.

Входное сопротивление достаточно велико (десятки килоом), что является одним из важнейших преимуществ каскада ОК. Выходное сопротивление ЭП небольшое и составляет десятки ом

Таким образом, основными особенностями эмиттерного повторителя являются следующие:

• коэффициент усиления по напряжению меньше единицы;

• усиление по току и мощности больше единицы;

• малые частотные искажения;

• входное сопротивление каскада значительно больше, чем у каскада с ОЭ;

• выходное сопротивление значительно меньше, чем у каскада с ОЭ и практически не зависит от сопротивления резистора выходной цепи каскада в достаточно широком диапазоне его изменения;

• большой динамический диапазон входных сигналов при низком уровне нелинейных искажений, это объясняется тем, что потенциал эмиттера практически повторяет потенциал базы (U_бэ → 0), который может изменяться от 0 до напряжений близких к E_к.

Эмиттерный повторитель широко используется в качестве:

• входного каскада при работе от источника входного сигнала с высоким внутренним сопротивлением;

• промежуточного каскада для согласования высокого выходного сопротивления с малым входным сопротивлением последнего каскада;

• выходного каскада при работе на низкоомную нагрузку.

6.5.5. Усилительный каскад на полевом транзисторе

Усилительный каскад на полевом транзисторе (ПТ) имеет такую же структуру, как и усилительный каскад на биполярном транзисторе (БТ). Отличительными особенностями ПТ являются:

• чрезвычайно малые токи во входной цепи, а следовательно, и малая мощность, необходимая для управления прибором;

• линейная зависимость крутизны от управляющего напряжения, возможность работы в качестве сопротивления, управляемого напряжением;

• наличие термостабильной точки у транзисторов с обратносмещенным переходом затвор-исток;

• повышенная радиационная стойкость;

• малый уровень шумов;

• простота технологии при их производстве.

По аналогии с БТ в зависимости от того, какой электрод подключается к общей шине различают три схемы включения ПТ:

1. с общим истоком (ОИ);

2. с общим стоком (ОС);

3. с общим затвором (ОЗ).

Схема с ОЗ обладает низким входным сопротивлением и потому имеет ограниченное практическое применение. Основным и наиболее распространенным является каскад с ОИ.

Схема с ОИ (рис. 6.28) соответствует схеме с ОЭ для биполярного транзистора, но поскольку входная цепь полевых транзисторов не потребляет тока от источника сигнала входное сопротивление усилителя чрезвычайно велико. В этой схеме емкости C_р1,C_р2– играют роль разделительных элементов. СопротивлениеR_сявляется нагрузкой ПТ по постоянному току (аналогично сопротивлениюR_кв схеме с ОЭ).

В усилителе применено автоматическое смещение. Цепочка R_иC_ив цепи истока служит для получения напряжения автоматического смещения и выбора рабочей точки на стоко-затворной характеристике ПТ.

Падение напряжения на R_иот тока покоя транзистора (I_сп) создает смещение потенциала истока относительно общей точки на величину

U_ип=I_спR_и,

а потенциал затвора равен нулю, так как падение напряжения от тока затвора на сопротивлении R_зпренебрежимо мало (I_з→ 0). В итоге напряжение между затвором и истоком в режиме покоя будет равно:

U_зип=I_спR_и.

Резистор R_и, кроме функции автоматического смещения на затвор, выполняет также функцию термостабилизации режима покоя. Чтобы исключить ООС по переменному току резисторR­_ишунтируется конденсаторомC_и. Для максимальной термостабилизации каскада токI_cпжелательно выбирать в термостабильной точке.

Р

Рис. 6.28. Принципиальная схема усилителя на полевом транзисторе.

езисторR₁, на первый взгляд, является лишним, так как делительR₁R_Зсоздает смещение на переходе с полярностью, противоположной необходимой. Нужное смещение можно задать лишь с помощьюR_З. Однако при замене транзистора вследствие очень большого разброса параметров транзисторов выбранная исходная рабочая точка не сохраняется.

Д

Рис. 6.29. Графическое представление работы каскада

на полевом транзисторе

ля стабилизации режима сопротивление в цепи истока (R_и) увеличивают до значения, большего чем необходимо для создания нужного смещения, а излишнее смещение компенсируют с помощью делителяR₁,R_З.

Линия нагрузки графически соответствует уравнению выходной цепи каскада:

U_си=E_с–I_с(R_с+R_и).

Линия нагрузки по переменному току определяется сопротивлением:

R_н~ =R_С ׀׀R_н.

Но если R_н>>R_с(а это выполняется, когда нагрузкой на ПТ является каскад с ОЭ), в этом случаеR_{вых пт}является внутренним сопротивлением источника сигнала, а от его значения зависит коэффициент усиления каскада с ОЭ:

K_{u оэ}= β·R_н~ / (R_вх+R_г).

Обычно задают R_c< 0,1R_н.

Линия нагрузки по переменному току незначительно отличается от линии нагрузки по постоянному току.

Рассмотрим работу каскада (см. рис. 6.28) по переменному току (рис. 6.29). Входной сигнал (U_вх) поступает на затвор транзистора через разделительный конденсаторC_р1, создает токиI_R1иI_Rзделителя. При этом в цепи затвора тока практически нет. Под действием входного напряжения изменяется сопротивление транзистора и в токе стока появляется переменная составляющая (I_c~)_,часть которой (I_Rc~), проходит через стоковый резисторR_с, а остальная через резистор нагрузкиR_н. При прохождении токаI_c~ через параллельно включенные резисторыR_сиR_нна них образуется выходной усиленный сигнал:

U_вых=I_c~(R_с||R_н).

Основные параметры каскада получим также с помощью эквивалентной схемы для средних частот (рис. 6.30).

По схеме замещения определяются основные параметры каскада по переменному току:

Рис. 6.30. Схема замещения каскада с общим истоком

; ;

.