4.2.3.5. Предоконечный каскад

Как следует из сказанного выше, во всех случаях, когда в оконечном кас-каде используются транзисторы противоположных типов проводимости, вклю-чённые по схеме ОК, в качестве предоконечного каскада (ПОК) применяется резистивный каскад ОЭ, представляющий собой универсальную схему каскада такого назначения (рис. 3 [1]).

При использовании резистивного каскада ОЭ применяется положительная обратная связь, которая подаётся обычно через конденсатор фильтра питания. Для усилителя низкочастотной части приёмника эта связь может подаваться и через накопительный конденсатор.

Расчёт предоконечного каскада должен завершаться определением коэф-фициента усиления по напряжению K_{u пок} и амплитуды напряжения на входе ПОК U_{вх пок}.

Коэффициент усиления по напряжению ПОК

, (11)

где R_{к ~} – сопротивление коллекторной нагрузки ПОК по переменному току.

, (12)

где R_к пок – сопротивление в цепи коллектора транзистора ПОК, смотрите вы-ражение (6);

R_{вх сост} – входное сопротивление оконечного каскада на составных транзис-торах, найденное при расчёте оконечного каскада (см. раздел 2.1.2.);

R_вх пок – входное сопротивление предоконечного каскада.

, (13)

где R_{вх тр пок} – входное сопротивление транзистора ПОК.

R_{вх тр пок} = r_б + r_э ( +1), (14)

где – коэффициент усиления по току при включении транзистора с ОЭ. Этот параметр приводится в справочниках, а

–для германиевых транзисторов, (15)

–для кремниевых транзисторов, (16)

где – коэффициент усиления по току при включении транзистора с общей базой. Этот параметр приводится в справочниках, если в справочниках отсутствуетa, то .

Сопротивление эмиттера r_э рассчитывается как:

. (17)

Методику расчёта сопротивления делителя R_{дел пок} смотреть в разделе 2.3. выражения (25...27). Амплитуда напряжения на входе ПОК

U_вх пок = U_вх m / К_u пок ,

где U_вх m – амплитуда напряжения на входе составного транзистора, рассчи-танная в разделе 2.1.2.

4.2.3.6. Блок предварительного усиления

Предварительное усиление осуществляют резисторные каскады, пред-ставляющие собой простейшие каскады с широкой полосой равномерно уси-ливаемых частот. При этом для усиления напряжения применяются каскады с ОЭ, а для увеличения входного сопротивления каскада или для улучшения со-гласования исходных режимов транзисторов смежных каскадов – каскад ОК. Для удобства введения общей отрицательной обратной связи (ООС) по пере-менному току в качестве первого каскада предварительного усиления может выступать дифференциальный каскад. В качестве каскада предварительного усиления низкочастотной части радиовещательного приёмника для получения высокого входного сопротивления целесообразно использовать каскад на полевом тран-зисторе, включённом по схеме с общим истоком (ОИ).

Резистивные каскады оэ и ок

Каскады предварительного усиления представляют собой обычно резис-тивный каскад ОЭ или ОК с эмиттерной стабилизацией исходного режима транзистора.

Если заданное внутреннее сопротивление источника сигналов R_ист не пре-вышает 1 кОм, то в первом каскаде усилителя может быть применено включе-ние ОЭ с шунтированием сопротивления R_э ёмкостью С_э как вариант, обеспе-чивающий наибольшее усиление. В противном случае для обеспечения повы-шенного входного сопротивления каскада необходимо выполнять его как кас-кад ОЭ с не шунтированным ёмкостью сопротивлением R_э. Возможен проме-жуточный вариант шунтирования ёмкостью части сопротивления R_э, при кото-ром входное сопротивление каскада возрастает в меньшей степени, но зато по-лучается и меньшее падение коэффициента усиления.

Для обеспечения наибольшего входного сопротивления каскада при следует использовать транзистор, включённый с ОК (эмиттерный повторитель). Если усилитель содержит два каскада предварительного усиле-ния, то второй каскад обычно выполняют с включением ОЭ и шунтирующим конденсаторомС_э. Однако во втором каскаде возможно и включение ОК, так как вследствие большого входного сопротивления этого каскада резко возрас-тает усиление первого.

В то же время, из схемы усилителя исключается конденсатор С_э большой ёмкости, а значительное усиление в первом каскаде снижает уровень шумов (имеется в виду, что первый каскад выполнен по схеме ОЭ). Поэтому же-лательно сравнить указанные варианты ОК-ОЭ и ОЭ-ОК. Вообще, по возмож-ности, нужно воздерживаться от применения блокирующих конденсаторов С_э как с точки зрения обеспечения устойчивости в области нижних частот при на-хождении каскадов в петле общей ООС, так и вследствие снижения надёжности усилителя, а также во избежание увеличения его габаритов и стоимости.

Следует выбирать транзисторы с возможно большими значениями коэффи-циента усиления  и граничной частоты _в.

Увеличение  повышает чувствительность усилителя и его входное сопро-тивление, а также снижает приведённое ко входу напряжение шумов. Увеличе-ние _в создаёт благоприятную предпосылку для реализации глубокой устойчи-вой ООС.

Для каскада ОЭ

; (18)

. (19)

Для каскада ОК, схема которого изображена на рис. 5.

. (20)

Рис. 4. Эмиттерный повторитель

Входящий в выражения 18...20 ток покоя каскада предварительного усиле-ния I_к0 = 1 мА. Требуемое напряжение питания каскада Е_к0 пр с учётом падения напряжения на сопротивлении развязывающего фильтраR_ф должно лежать в пределах ~ (8...12) В.

Напряжение в исходном режиме U_кэ0 рассчитывается как:

U_кэ0 = Е_к0 пр – I_к0 (R_к + R_э) – для каскада с ОЭ;

U_кэ0 = Е_к0 пр – I_к0 R_э – для каскада с ОК.

Коэффициент усиления по напряжению и входное сопротивление тран-зистора рассчитываются следующим образом.

Для каскада с ОЭ

R_{вх тр пр} = r_б + r_э ( + 1) , (21)

где параметры r_б и r_э определяются в соответствии с выражениями 15, 16, 17.

Выражение (21) для R_вх относится к случаю, когда R_э полностью шун-тировано ёмкостью С_э. Если же ёмкостью С_э шунтируется только часть R_э, а именно R_э (имеется в виду, что R_э = R_э + R_э), то

R_{вх тр пр} = r_б + (r_э + R_э)  ( + 1). (22)

В этом случае, как видно из выражения (22), увеличивается входное со-противление. Коэффициент усиления по напряжению

, (23)

где

, (24)

а

. (25)

Сопротивление делителя (R_дел пр) в цепи базы транзистора (см. рис. 8,а) рас-считывается следующим образом. Задаваясь коэффициентом нестабильности , находят необходимое значение:

, (26)

а также сопротивления плеч делителя:

; (27)

. (28)

Входящее в выражение (27) напряжение между базой и эмиттером тран-зистора в исходном режиме U_бэ0 лежит в пределах (0,4...0,85) В и может быть уточнено по справочнику для выбранного типа транзистора.

Реактивные элементы схемы блока предварительного усиления – ёмкости переходного конденсатора С_с мкФ – необходимо определять по выражениям

, (29)

где R_вых пр – выходное сопротивление предшествующего ёмкости С_с каскада; R_вх сл – входное сопротивление каскада, следующего за ёмкостью С_с.

, (30)

где . (31)

y_c определяет допустимый спад частотной характеристики за счёт влияния ём-кости С_с (y_c = 0,95...0,97); y_н определяет допустимый спад за счёт совместного влияния ёмкостей С_с и С_э (y_c = 0,85...0,9);  – глубина обратной связи, образуе-мой резистором R_э.

. (32)

Для каскада ОК

, (33)

, (34)

, (35)

где R_вх сл – входное сопротивление следующего каскада, которым может быть каскад предварительного усиления при включении транзистора ОЭ, и тогда R_вх сл = R_вх пр (см. выражение 25), либо предоконечный каскад.

В случае R_вх сл = R_вх пок (выражение 13).

Расчёт каскада предварительного усиления заканчивается определением напряжения на его входе:

. (36)

Одним из основных преимуществ каскада ОК является его значительное входное сопротивление. Во избежание резкого снижения этого сопротивления из-за шунтирующего действия делителя смещения и применяют схему подачи смещения, изображённую на рис. 4, выбирая

R₃ = (5…10) R_дел (37)

где R_дел рассчитывается по выражениям (26...28). При этом исходный потен-циал базы за счет включения R₃ практически не изменяется, так как ток базы в каскадах предварительного усиления ничтожно мал. В то же время, увеличен-ное сопротивление делителя

(38)

в меньшей степени шунтирует входное сопротивление транзистора.