АНАЛ.ЭЛЕКТРОНИКА / theory

		Ск1	VT2
		VT1	Ск2
Uвх	СЭ1	СЭ2	Uвых

Рис. 2.60. Схема ОЭ-ОБ

Ек

Rк R

С

Uвых

Eсм

VT2

Ск1 U*вых

Uвх

VT1

Рис. 2. 61. Каскод

U(t)

ЕК

IОКRК

UВЫХ

UОК2

t

UОКБ2

EСМ

UОБЭ2	U*ВЫХ
UОКЭ1		UСК1=2UВХ
UОБЭ1	UВХ	t

Рис. 2. 62. Потенциальная диаграмма каскода

80

В такой схеме отсутствует связь между входом и выходом через ёмкость Ск1. Первый транзистор нагружен на прямосмещенный эмиттерный переход второго транзистора.

K

U1

U *ВЫХ

IK1 RK1ЭКВ

h11Б 2

1

(2.137)

U

ВХ

I

Б1

h

1

h

11Э1

11Э2

K

U 2

U ВЫХ

IK 2 RK

2

RK

(2.138)

U *

ВЫХ

I

Э2

h

h

11Б 2

11Б 2

K

U

K

U1

K

U 2

h11Б 2

RK

RK

(2.139)

1 h

2 h

1

2 h

11Э1

11Б 2

11Э1

i

U ВХ

U *ВЫХ

С

К1

(U

ВХ

К

U1

U

ВХ

) С

К1

(1 К

U1

) U

ВХ

CK

Х СК

iCK

СК 1 2U ВХ

(2.140)

Емкость коллектора VT1 находится под малым напряжением. В электровакуумной технологии каскоду соответствует тетрод. Полевые двухзатворные МДП−транзисторы также обладают свойством каскода.

Второй основной метод нейтрализации эффекта Миллера− каскад с эмиттерной связью, ОК−ОБ.

VT1		ОК-ОБ
ВХ
	ВЫХ*	VT2
		ВЫХ
Рис. 2. 63.	Схема включения ОК−ОБ

В этом случае коллектор первого транзистора заземлен непосредственно или через источник питания с низким внутренним сопротивлением.

81

Ек

Rк C3

Uвых

R1	VT2	R3

Uвх

U*вых

C1

VT1

C2

R2

Rэ R4

Рис. 2. 64. Каскад с эмиттерной связью

КU1

(1 1 )h11Б 2

h11Б 2

1

(2.141)

h11Б1 h11Б 2

2

h11Э1 (1 1 )h11Б

K

U 2

U ВЫХ

I K 2 RK

RK

(2.142)

U

Э2

I

Э2

h

2 h

1

RK

1

11Б 2

1

11Б 2

K

U

K

U1

K

U

| K

UOЭ

|

К

UOБ

(2.143)

2

2 h

2

2

2

2

11Б

С точки зрения нейтрализации проходной ёмкости эта схема более эффективна, чем каскод. Недостаток - меньшее в 2 раза усиление по напряжению.

82

3.УСИЛИТЕЛИ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

3.1.Усилитель на полевом транзисторе в схеме включения с общим истоком. Методы задания точки покоя, схемы с автосмещением. Статическая и динамическая линии нагрузки, временные диаграммы сигналов.

Усилители на полевых транзисторах (ПТ) применяются, как правило, при работе с высокоомными источниками сигнала. Для формирования режима покоя наибольшее распространение получили схемы с автоматическим смещением (рис. 3.1), аналогичные по свойствам схемам с эмиттерной стабилизацией тока покоя.

		+EC
	RC	С2
С1		VT
RГ		RН
UВХ
RЗ	RИ	СИ
EГ

Рис. 3.1. Усилитель на ПТ в схеме ОИ

Резистор RЗ обеспечивает нулевой потенциал на затворе UОЗ = IОЗRЗ 0. Ток покоя IОС определяется сопротивлением RИ. Напряжения и токи в режиме покоя показаны на рис. 3.2 и связаны соотношениями:

IОС = IОИ,		(3.1)
UОЗ = RЗ IОЗ=0,		(3.2)
IОС RИ+ UОЗИ=0,		(3.3)
И =	ОЗИ
	| ОС |	(3.4)
ЕС = IОИ RИ + IОС RС + UОСИ = IОC (RИ + RС) + UОСИ.		(3.5)
83

IОС

R1

RС

IОСRС

С1

IЗ=0

UОСИ

UОЗИ

ЕС

RЗ

UОЗ

IОИRИ

IОИ

RИ

Рис. 3.2. Статика усилителя ПТ ОИ

Для определения RИ необходимо знать координаты [UОЗИ; IОС] точки покоя на сток-затворной ВАХ:

IС

RИ

UСИ=const

RИ

IС НАЧ

0

IОС

UЗИ

UЗИ ОТС	UОЗИ	0

Рис. 3.3. Положение точки покоя на сток-затворной ВАХ ПТ

Точность задания режима покоя ограничена погрешностью (разбросом) имеющейся справочной осредненной ВАХ данного типа ПТ. При RИ=0 UОЗИ = 0 ток покоя равен начальному IОС =IС НАЧ (рис. 3.3). Недостатком такого режима является значительная неопределенность точки покоя из-за отклонения начальных токов ПТ от номинального. Достоинство -

84

чину + IОС

максимальная крутизна транзистора и следовательно максимальное усиление по напряжению.

Точность и стабильность режима покоя увеличивается с ростом RИ. Чтобы сохранить требуемое значение IОС и скомпенсировать дополнительное падение напряжения IОС RИ на затвор подается соответствующее смещение через резистор R1. Потенциал на затворе определяется делителем R1-RЗ

UОЗИ UОЗ UОИ ЕС			RЗ	IОС RИ .	(3.6)
	R	З	R
			1

Увеличение напряжения UОЗИ позволяет увеличить значение IОC RИ и стабильность точки покоя, но требует соответствующего увеличения напряжения питания ЕС. Поэтому задаются значением UОЗ=(0.1 0.3)ЕС. Стабилизирующее действие резистора RИ аналогично действию RЭ в схемах эмиттерной стабилизации. Например, увеличение тока покоя IОС на вели-

под действием температуры, разброса параметров и других факторов, вызывает приращение напряжения + UОИ = IОС RИ и при постоянном UОЗ противоположное по знаку приращение UОЗИ = + UОИ. Меньшему напряжению UОЗИ соответствует меньший ток IОС и результирующее изменение IОС значительно меньше, чем в случае отсутствия отрицательной обратной связи по току (RИ = 0). Эффективность стабилизации режима покоя можно приближенно оценить по соотношению RИ и 1/S, где S - крутизна ПТ. В практических схемах достаточно RИ S=2 5.

Статическая линия нагрузки (СЛН) описывается уравнением (3.5). Конденсатор СИ исключает действие отрицательной обратной связи на переменном токе для получения требуемого усиления по напряжению.

На переменном токе нагрузкой транзистора является эквивалентный резистор

	RСН		RC	RН	(3.7)
			RС RН

Статическая и динамическая ЛН на стоковых ВАХ ПТ и диаграммы тока стока и напряжения на стоке показаны на рис. 3.4.

Динамическая линия нагрузки (ДЛН) проходит через точку покоя О[UОСИ; IОC] и точку с координатами [UА;0], где

UА= UОСИ+ IОС RСН.

(3.8)

85

	Ic
EС/(RС+RИ)	~RСН
	ДЛН	UЗИ > UОЗИ
Icm
t	0		UОЗИ
IОС		СЛН
			UЗИ < UОЗИ
			UСИ
0	UОСИ	UА	EC
	Ucm

t

Рис. 3.4. Выходные ВАХ ПТ и линии нагрузки

3.2. Малосигнальные схемы замещения усилителя ОИ. Параметры.

Для анализа параметров на переменном токе применяют малосигнальную схему замещения усилителя ОИ ПТ - рис. 3.5.

Сопротивления разделительных С1, С2 и блокировочного СИ конденсаторов на переменном токе в области средних и высших частот близки к нулю. Межэлектродные конденсаторы CЗИ, СЗС и CСИ учитываются в области высших частот.

Входное сопротивление усилителя определяется сопротивлением RЗ. При наличии дополнительного резистора в цепи затвора R1

RВХ= RЗ R1.

(3.9)

Сопротивления RЗ и R1 выбираются из условия RВХ >> RГ.

86

СЗС		IC
RГ
RЗ CЗИ	Ri	CСИ	UВЫХ
UВХ		RC RН
ЕГ
	SUВХ

Рис. 3.5. Малосигнальная схема замещения усилителя ПТ ОИ

Выходное сопротивление

RВЫХ= Ri RC RC

(3.10)

По знаку коэффициента усиления усилитель на ПТ−ОИ является инвертирующим. Коэффициент усиления по напряжению в режиме холостого хода на выходе (без учета знака)

К

U ХХ

U

ВЫХ ХХ

SU ВХ

Ri

RC

=S R

R

SR .

(3.11)

U ВХ

U

ВХ

i

C

C

Упрощенный расчет дает достаточно точные результаты при RC << Ri. Для соизмеримых значений сопротивлений Ri и RC

КU ХХ		UВЫХ ХХ	S	Ri RC	=	RC	.	(3.12)
				Ri RC
		U ВХ				Ri RC

По аналогии с "ламповым уравнением" коэффициент =SRi называется коэффициентом усиления транзистора и имеет смысл потенциального, максимально возможного усиления на данном транзисторе при RC .

При RН коэффициент усиления по напряжению

87

КU

U

ВЫХ

SU

ВХ Ri

RCН

=S Ri

RCН

S RCН

UеХ

UВХ

(3.13)

=SRC

RН

КUХХ U ВЫХ

R

R

Н

C

Сквозной коэффициент усиления по напряжению при работе от высокоомного источника сигнала с учетом уравнения

UВХ

ЕГ

RВХ

ЕГ UВХ

(3.14)

RГ RВХ

К

Е

U ВЫХ

RВХ

S

R

R

U

ВХ

К

UХХ

U ВЫХ

ЕГ

RГ RВХ

i

CН

(3.15)

RВХ

SRC

RН

R

Г

R

ВХ

R

R

Н

C

Усилители на ПТ имеют как правило меньшее усиление по напряжению, чем на биполярных, так как последние обладают большей эквивалентной крутизной. Вместе с тем, благодаря существенно большим значениям RВХ, усилители на ПТ позволяют реализовать коэффициент UВХ 1 при RГ до сотен килоом и получить больший коэффициент КЕ.

В области высоких частот необходимо учитывать емкостной входной ток, равный сумме токов емкости СЗИ и проходной емкости СЗС:

ICВХ = j СЗИ ∙UВХ + j СЗС ∙[UВХ−UВЫХ] = j СЗИ ∙UВХ + j СЗС∙UВХ(1+ КU )=

= j [СЗИ +СЗС (1+ КU )]∙UВХ = j СВХ ∙UВХ

(3.16)

где СВХ = СЗИ +СЗС (1+ КU ) - эквивалентная входная емкость. Значительное влияние проходной емкости при КU>>1 (эффект Милле-

ра) особенно проявляется в усилителях на ПТ, работающих при больших RГ, уменьшая верхнюю граничную частоту.

88

3.3. Истоковый повторитель. Статическая и динамическая линии нагрузки. Временные диаграммы сигналов.

Свойства истокового повторителя напряжения в целом близки к свойствам схем ОК (эмиттерный повторитель) и ОА (катодный повторитель). Сигнал подается на затвор и снимается с истока, сток по переменному току заземлен через источник питания ЕС с малым внутренним сопротивлением. На резисторе RИ при протекании через него тока стока выделяется выходное напряжение. Схема стабилизации режима покоя (схема с автосмещением) аналогична схеме ОИ, с той лишь разницей, что падение напряжения RИIОС соизмеримо с ЕС, в результате чего режим покоя повторителя наиболее стабилен.

		+Ec
R1
С1	VT
	UЗИ	С2
RГ
R2	RИ	RН
UВ	U
ЕГ

Рис. 3.6. Истоковый повторитель напряжения

Потенциал на затворе для получения максимальной амплитуды сигнала выбирают из условия UОЗ IОСRИ 0.5ЕС. При этом точка покоя делит СЛН пополам. По постоянному току

UОЗ ЕС			R2	=UОЗИ	UОИ UОЗИ IОС RИ IОС RИ	(3.17)
	R	2	R
			1

89