6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ КАСКАДОВ УСИЛЕНИЯ

Выводы

1.Эмиттерный и истоковый повторители используются для увеличения входного и уменьшения выходного сопротивлений усилителя.

2.Каскад с общей базой по сравнению с каскадом с общим эмиттером обладает пониженным значением входного сопротивления и повышенным – выходного. Используется в каскодных схемах. В качестве отдельного усилительного каскада используется редко.

3.Составные транзисторы применяются для улучшения усилительных

ичастотных свойств как отдельных каскадов, так и усилителя в целом.

4.Генераторы стабильного тока являются элементами интегральной схемотехники и по своим свойствам приближаются к идеальному источнику тока (ток в нагрузке остается неизменным при любом изменении нагрузки).

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-123-

7.ШИРОКОПОЛОСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

7.1.Оптимальнаякоррекция

Для каждого усилительного элемента можно определить максимальную площадь усиления

Пmax в= K0 f .

Используя специальные виды каскадов (ОЭ-ОБ, ОЭ-КП), можно увеличить площадь усиления по сравнению с реостатным каскадом до 10 раз. Если увеличения окажется недостаточно, то в схемы каскадов с хорошими частотными свойствами вводят специальные элементы или цепи. Такие цепи называют «корректирующие». Введение в схему корректирующих цепей позволяет расширить полосу пропускания в области НЧ (НЧ-коррекция) или в области ВЧ (ВЧ-коррекция). При рассмотрении площади усиления можно определить элементы, которые обеспечивают оптимальное (часто это максимальное) значение площади усиления. Очевидно, в случае введения корректирующих цепей или элементов, можно определить значения элементов, обеспечивающих оптимальную АЧХ или ФЧХ.

Брауде предложил под оптимальной АЧХ считать, такую характеристику, которая при наибольшей fв не имеет подъемов, т. е. является макси-

мально плоской. Математически это означает, что при разложении в ряд функции, описывающей АЧХ, будем иметь максимальное число нулевых производных. Выражение для относительного коэффициента усиления можно представить в виде отношения полиномов:

.	а	+ jωа + ( jω)2				а		+...	+ ( jω)m а
Y =	0		1				2			m ,
	b + jωb + ( jω)2 b +...								+ ( jω)n b
или	0		1				2			n
			A1 + jB1					M (ω)j
		Y. =				=				.
			A + jB					N(ω)j
			2	2

Коэффициенты аi , bi , входящие в выражение для относительного уси-

ления, определяются элементами схемы. Задавая вид АЧХ, можно определить схемные элементы, формирующие эту АЧХ. Для универсальности метода определения элементов схемы вводят нормировку.

1. Нормированная частота

Ω = ω ,

ωв

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-124-

7.ШИРОКОПОЛОСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

7.1.Оптимальная коррекция

где ωв = τ1 .

в

2. Коэффициент усиления на частоте ω = 0

K0 = a0 . b0

3. Переходят к модулю относительного усиления

Y.

=

M (ω)j

,

N(ω)j

где

M (ω)j

= A2

+ B2 ;

N(ω)j

=

.

A + B

1

1

2

2

В этих выражениях A1 и A2

содержат частоты ω, в четных степенях B1

и B2 – в нечетных. Для дальнейшего анализа Брауде рассматривал квадрат

относительного усиления

Y

2

=

A 2

+ B

2

.

1

1

A 2

+ B

2

2

2

В этой функции содержатся только четные степени.

Рассмотрим АЧХ в области ВЧ.

При стремлении ω→ 0,

Y

2 →1.

В этом случае a

= b . Если теперь

0

0

разложить выражение для

Y

2

в окрестности некоторой точки (или частоты)

в ряд, то получим:

Y (x)

2 =

Y (0)

2

+

Y (0)

'

x +

Y (0)

"

x2 +...

1!

2!

Поскольку Y (0) 2 =1, в случае если приравнять к нулю производные, то

получим в окрестности частот x характеристику, совпадающую с характеристикой на нулевой частоте, т. е. не имеющую частотных искажений и являющуюся максимально плоской. Приравнивая к нулю n производных получаем систему из n уравнений, решение которых позволяет определить n независимых параметров схемы, формирующих АЧХ. Брауде доказал, что для формирования такой АЧХ достаточно приравнять коэффициенты при одинако-

вых степенях Ω2

a1 = b1 ; a2 = b2 ; …; am = bm

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-125-

7.ШИРОКОПОЛОСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

7.1.Оптимальная коррекция

Так, для получения оптимальной АЧХ в выражениях:

						Y	2	=	1+ аΩ2		а1 = b1 ,
									1+b Ω2 ,
									1
									1
	Y	2	=	1+ аΩ2 + а Ω4							а1 = b1 ; а2 = b2 .
					1+b Ω2 +b Ω4 ,
								1	2
								1	2

7.2. Простаяпараллельнаякоррекция

Простую параллельную коррекцию применяют в схемах на полевых транзисторах, а также в выходных каскадах на биполярных транзисторах, ра-

ботающих на высокоомную нагрузку. В противном случае малое Rвх шунти-

рует L контура (рис. 7.1).

На ВЧ в схеме с такой коррекцией образуется параллельный контур (рис. 7.2). За счет этого в облас ти резонанса контура увеличивается сопротивление нагрузки. Для данной цепи:

1+ωj( RC)

L

R + jωL

Zн =

= R

нд CндR2

.

1ω+ j RCнд( +ω)j

2 CндL

2

L

1+ωj( RC) (ω−

RC)

нд

C R2

нд

Тогда

нд

L

1

+ωj( RC) нд

.

2

CндR

K = SZн = SR

.

2

L

1+ωj( RC) (ω− RC)

нд

C R2

нд

нд

L

к

R3 С

R

1

С

VT1

Cp2р

Cp1р

С

R

Cнд

Cнд

нд

L

С

R11

R

Cp3р

R2

Рис. 7.2. Эквивалентная схема

Рис. 7.1. Схема каскада

цепи нагрузки при параллель-

с параллельной коррекцией

ной коррекции

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-126-

7.ШИРОКОПОЛОСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

7.2.Простая параллельная коррекция

Введем нормировку:

K0 = S R ; Ω = ωRСнд ; k = C LR2 ,

нд

k – коэффициент коррекции, равный Q2 . Тогда

K

1+ jΩk

Y

=

K0

=

1+ jΩ −Ω2k

,

Y

2

=

1+ k2ς2

.

2

2 4

По Брауде k2 =1− 2k ;

1+

(1− 2k)ς

+ k ς

k = 0,414.

Тогда выражение для оптимальной АЧХ по Брауде:

Y

2

=

1+ 0,171ς2

.

Обычно при расчетах

1+ 0,171ς2 (1

+ς2 )

k

= 0,8 −0,9 .

kопт

Это условие вводится для того, чтобы при смене транзистора сохранить

характеристику АЧХ. Выигрыш в пло-

щади усиления

при

использовании

Y

коррекции. γ

к

=

Пк =1,72 при отсчете

П

= kC R2 .

по уровню 0,707 и L

кор

н

н

Для ФЧХ по методу Брауде:

1− k +3k2Ω

Рис. 7.3. АЧХ усилителя

ϕ =

 kопт = 0,322.

при различных значения

1+ Ω2 (1− k + k2Ω2 )2

коэффициента коррекции

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-127-

7. ШИРОКОПОЛОСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

7.3. Эмиттернаякоррекция

Эмиттерная коррекция (ЭК) – основной вид коррекции в транзисторных усилителях (рис. 7.4, 7.5).

ЭК позволяет:

1. Стабилизировать коэффициент усиления за счет ООС по току (Rэ ).

2. Повысить входное сопротивление (добавляется Rэ (β+1), что

уменьшает габариты разделительного конденсатора на входе, блокировочных конденсаторов в эмиттере и улучшает согласование с источником сигнала.

3. Получить выигрыш в площади усиления (соизмерим с выигрышем при параллельной коррекции).

VT1

VTVT1

R~

С

кор

С

R'~

R

Cкор

э0

С

Rд

бл1

С

Cбл2

б

а

Рис. 7.4. Принципиальные схемы ЭК

Простейшая цепь коррекции отличается от цепи эмиттерного автосмещения только величинами Rэ и Скор . Емкость конденсатора берут такой, что-

бы его влияние сказывалось только в области частот, где необходимо осуществить коррекцию АЧХ. Влияние емкости Скор показано на рис. 7.5.

Анализ влияния эмиттерной коррекции на частотные характеристики коэффициента передачи для схем, представленных на рис. 7.4, можно проводить двумя способами. При анализе эмиттерной коррекции удобно рассматривать каскад с ОЭ с частотнозависимой ООС:

K(ω)j = K ( ω)j

K( ω)j

β = K

( jω),

К

э

Скор = ∞

вх

н

Kβ = K( jω) Kэ ( jω),

К > 4,14

Скор = 0

где

Kвх (ω)j

=

Kвх0(ω)j

;

Kн (ω)j

=

Kн0(ω)j

;

К0

1ωτ+ j

в

1ωτ+ j н

0

f

Kэ (ω)j

=

K0э(ω)j

.

Рис. 7.5. АЧХ усилителя

в области НЧ при различных

1ωτ+ j

э

значениях Скор

 Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учеб. пособие

-128-