5.2. Способы включения усилительных элементов и усилительных приборов по сигналу и их свойства

Как отмечалось в параграфе 5.1 , возможны три способа включения УЭ по сигналу. Применительно к БТ, ПТ и ЭЛ это будут способы:

- с общим эмиттером (ОЭ) и соответственно с общим истоком (ОИ) и общим катодом (ОКат), которые иллюстрируются схемами на рисунке 5.4,а,б,в ;

- с общей базой (ОБ) и соответственно с общим затвором (ОЗ) и общей сеткой (ОСет), иллюстрируемые схемами на рис 5.5,а,б,в ;

- с общим коллектором (ОК), с общим стоком (ОС) и общим анодом (ОА), иллюстрируемые схемами на рис 5.6,а,б,в .

На рис.5.4,а,б,в, рис.5.5,а,б,в и рис.5.6,а,б,в приведены, по существу, простейшие принципиальные схемы однотактных усилительных каскадов в режиме «А», каждый с двумя источниками питания, задающими режим усилительного элемента по постоянному току (по току и напряжению питания), один их которых Е_в, являющийся основным, питает выходную цепь УЭ (цепь управляемого электрода – коллектора, стока и анода),а другой Е_б (или Е_з , или Е_сет), являющийся дополнительным, питает входную цепь УЭ (цепь управляющего электрода – базы, затвора и управляющей сетки), то есть задает смещение на управляющий электрод УЭ, которое в основном и определяет положение точки покоя на вольтамперных характеристиках УЭ. Следует сразу же отметить, что в серийной аппаратуре для задания смещения дополнительный источник питания применяют редко, обычно смещение подают от основного источника питания Е_в с помощью специальных цепей смещения, которым дальше посвящен отдельный параграф.

В этих схемах один из электродов УЭ является общим по сигналу для входной и выходной цепей и соединён с общим проводом схемы. На схемах связь УЭ с источником сигнала и нагрузкой непосредственная, позволяющая усиливать не только быстроизменяющийся, но и сколь угодно медленно изменяющийся сигнал вплоть до постоянного тока и напряжения.

На схемах изображены БТ со структурой “n-p-n” , ПТ с каналом

“n”-типа и ЭЛ типа триод. При использовании БТ со структурой “p-n-p” или ПТ с каналом “p”- типа направления стрелок на условных изображениях УЭ и полярность источников питания на схемах изменяются на противоположные, а при использовании экранированной ЭЛ – добавляется цепь питания экранной сетки.

На рис.5.4,а,б,в, рис.5.5,а,б,в и рис.5.6,а,б,в соответствующими символами обозначены мгновенные напряжения и токи на электродах УЭ (в БТ – u_б, i_б, u_к, i_к, в ПТ – u_з,u_с и i_с , в ЭЛ – u_сет, u_а и i_а ) и эффективные значения напряжений и токов сигнала на входе и выходе УЭ – U_вхУЭ , I_вхУЭ, U_выхУЭ , I_выхУЭ. А в связи с тем, что показатели схем могут отличаться от показателей, обеспечиваемых самим УЭ (из-за возможных в схемах внешних по

R_ист

E_в

R_к

u_к

u_б

i_б

i_к

i_э=i_к+i_б

VT

I_вхОЭ=I_вхУЭ

I_выхОЭ=I_выхУЭ

U_вхОЭ=U_вхУЭ

U_выхОЭ=U_выхУЭ

a)

e_ист

E_б

R_ист

e_ист

R_с

E_в

i_с

u_c

u_з

i_з=0

VT

I_выхОИ=I_выхУЭ

U_вхОИ=U_вхУЭ

U_выхОИ=U_выхУЭ

б)

I_вхОИ=0

i_и=i_с

E_з

в)

в)

Рисунок 5.4

Рисунок 5.5

Рис.5.4

Рис.5.5

а)

u_К

i_с

I_выхОC=I_выхУЭ

б)

б)

VT

i_з=0

U_выхУЭ

I_вхОК=0

u_c

u_з

E_в

R_ист

U_вхУЭ

U_вхОС

R_и

e_ист

u_и

U_выхОС=U_выхУЭ=U_ос

i_и=i_с

- E_з +

u_С

I_выхОА=I_выхУЭ

I_{выхОСет}=I_выхУЭ

в)

в)

i_а

i_сет=0

I_вхОА=0

R_а

I_вхОСет

i_сет=0

u_а

U_выхУЭ

u_а

U_выхУЭ

i_кат=i_а

R_ист

u_сет

U_вхУЭ

E_в

R_ист

u_сет

U_{выхОСет}

R_к

U_вхОА

u_кат

U_выхОА=U_выхУЭ=U_ос

U_вхОСет=U_вхУЭ

E_в

e_ист

e_ист

I_вхУЭ=0

E_сет

i_к=i_а

E_сет

u_А

Рис.5.6

Рис.5.7

отношению к УЭ обратных связей), на рисунках также указаны эффективные значения напряжений и токов сигнала на входе и выходе схем:

1) С ОЭ – U_вхОЭ , I_вхОЭ, U_выхОЭ , I_выхОЭ и, соответственно, с ОИ – U_вхОИ , I_вхОИ, U_выхОИ , I_выхОИ, и с ОКат – U_вхОКат , I_вхОКат, U_{выхОКат} , I_{выхОКат} (рис.5.4,а,б,в);

2) С ОБ – U_вхОБ , I_вхОБ, U_выхОБ , I_выхОБ и, соответственно, с ОЗ – U_вхОЗ , I_вхОЗ, U_выхОЗ , I_выхОЗ, и с ОСет – U_вхОСет , I_вхОСет, U_{выхОСет} , I_{выхОСет} (рис.5.5,а,б,в);

3) С ОК – U_вхОК , I_вхОК, U_выхОК , I_выхОК и, соответственно, с ОС – U_вхОС , I_вхОС, U_выхОС , I_выхОС, и с ОА – U_вхОА , I_вхОА, U_выхОА , I_выхОА (рис. 5.6,а,б,в);

Ниже рассматриваются свойства этих схем включения УЭ. При этом все показатели схем выражаются через показатели УЭ.

При включении УЭ по схеме с ОЭ, ОИ и ОКат (рис.5.4,а,б,в) происходит инвертирование усиливаемого сигнала (см. на рис.5.4,а,б,в временные диграммы напряжений на электродах УЭ при воздействии на вход схем с ОЭ, ОИ и ОКат синусоидальной ЭДС). Следует особо подчеркнуть, что в этих схемах нет никаких внешних по отношению к УЭ обратных связей. Поэтому все показатели схем с ОЭ, ОИ и ОКат будут полностью совпадать с показателями, обеспечиваемыми самим УЭ.

Так, для схемы с ОЭ (рис.5.4,а) в области средних частот можно записать:

1. Напряжение сигнала на входе схемы с ОЭ является напряжением сигнала и на входе самого УЭ U_вхОЭ=U_вхУЭ;

Ток сигнала на входе схемы с ОЭ является током сигнала и на входе самого УЭ I_вхОЭ=I_вхУЭ;

Напряжение сигнала на выходе схемы с ОЭ равно напряжению сигнала на выходе самого УЭ U_выхОЭ=U_выхУЭ;

Ток сигнала на выходе схемы с ОЭ равен току сигнала на выходе самого УЭ I_выхОЭ=I_выхУЭ;

2. Коэффициент усиления по напряжению схемы с ОЭ равен коэффициенту усиления по напряжению самого УЭ ;

3. Сквозной коэффициент усиления схемы с ОЭ равен сквозному коэффициенту усиления самого УЭ ;

4. Коэффициент усиления по току схемы с ОЭ равен коэффициенту усиления по току самого УЭ ;

5. Коэффициент усиления по мощности схемы с ОЭ равен коэффициенту усиления по мощности самого УЭ ;

6. Входное сопротивление схемы с ОЭ равно входному сопротивлению самого УЭ и будет порядка единиц килоом ;

7. Выходное сопротивление схемы с ОЭ равно выходному сопротивлению самого УЭ и будет порядка десятков килоом ;

8. Коэффициент гармоник схемы с ОЭ К_гОЭ равен коэффициенту гармоник самого УЭ К_г.УЭ и будет в режиме “А” порядка ;

9. Коэффициент частотных искажений схемы с ОЭ на высоких частотах М_в.ОЭ равен коэффициенту частотных искажений самого УЭ на высоких частотах М_{в.УЭ ,} обусловленных влиянием его инерционных свойств М_в.ОЭ = М_в.УЭ;

10. Напряжение собственных помех схемы с ОЭ U_{п.выхОЭ} будет определяться шумами самого УЭ и тепловыми шумами его входной цепи;

11. Нестабильность усиления схемы с ОЭ в основном равна нестабильности самого УЭ, обусловленной влиянием ряда дестабилизирующих факторов (старение и разброс параметров УЭ, изменение его температуры и питающих напряжений):

.

Как видно, при включении БТ по схеме с ОЭ все показатели схемы с ОЭ являются показателями самого УЭ.

Аналогичными свойствами характеризуются и схемы с ОИ и ОКат (рис.5.4,б,в), являющиеся аналогами схемы с ОЭ. Следует лишь отметить некоторые отличия, обусловленные не способом включения УЭ, а отличиями свойств самих ПТ и ЭЛ от свойств БТ: в схемах с ОИ и ОКат будут ;

При включении УЭ по схемам с ОБ, ОЗ и ОСет (рис.5.5,а,б,в) усиливаемый сигнал не инвертируется (см. на рис.5.5,а,б,в) временные диаграммы напряжений на электродах УЭ при воздействии на вход схем с ОБ, ОЗ, ОСет синусоидальной ЭДС. Необходимо особо отметить, что в этих схемах действует внешняя по отношению к УЭ отрицательная обратная связь (ООС), последовательная по выходу (то есть по току) и параллельная по входу: выходной ток I_выхУЭ, протекая через источник сигнала, который в этих схемах оказывается включенным последовательно с сопротивлением нагрузки УЭ по сигналу, создаёт на нем напряжение ООС (последовательная по выходу, то есть по току, ООС), которое воздействует на вход УЭ параллельно сигналу (параллельная по входу ООС). В результате действия этой ООС большинство показателей схем с ОБ, ОЗ, ОСет будут существенно отличаться от показателей, обеспечиваемых самим УЭ (а, следовательно, и от показателей схем с ОЭ, ОИ, ОКат, поскольку они, как было показано выше, совпадают с показателями самого УЭ).

Так, для схемы с ОБ (рис.5.5,а)в области средних частот можно записать:

1. Напряжение сигнала на входе с ОБ является напряжением сигнала и на входе самого УЭ ;

Ток сигнала на входе схемы с ОБ значительно больше тока сигнала на входе самого УЭ(в проводе управляющего электрода)

;

Напряжение сигнала на выходе схемы с ОБ несколько меньше напряжения сигнала на выходе самого УЭ ;

Ток сигнала на выходе схемы с ОБ равен току сигнала на выходе самого УЭ ;

2. Коэффициент усиления по напряжению схемы с ОБ практически равен коэффициенту усиления по напряжению самого УЭ, то есть

;

3.Сквозной коэффициент усиления в схеме с ОБ значительно меньше сквозного коэффициента усиления самого УЭ

,

так как коэффициент передачи входной цепи с ОБ значительно меньше коэффициента передачи входной цепи самого УЭ из-за большого входного тока схемы с ОБ ;

4. Коэффициент усиления по току схемы с ОБ значительно меньше коэффициента усиления по току самого УЭ и практически равен единице (а теоретически чуть меньше единицы ) , то есть в схеме с ОБ усиления по току нет;

5. Коэффициент усиления по мощности в схеме с ОБ значительно меньше коэффициента усиления по мощности самого УЭ и численно практически равен коэффициенту усиления по напряжению самого УЭ

;

6. Входное сопротивление схемы с ОБ значительно меньше входного сопротивления самого УЭ и численно очень мало, вследствие того, что входной ток схемы с ОБ I_вхОБ значительно больше входного тока самого УЭ из-за

параллельной по входу ООС

;

7. Выходное сопротивление схемы с ОБ значительно больше выходного сопротивления самого УЭ и очень большое из-за последовательной по выходу, то есть по току, ООС ;

Что касается К_гОБ, М_вОБ, U_пОБ и , то они будут существенно меньше, чем обеспечиваемые самим УЭ , вследствие влияния действующей в схеме с ОБ внешней по отношению к УЭ ООС.

Здесь следует отметить, что в связи с наличием в схеме с ОБ отрицательной обратной связи все показатели этой схемы можно определять с использованием расчетных формул общей теории ООС (см. главу 4). При этом схему с ОБ рассматривают как схему с ОЭ, но с внешней по отношению к УЭ последовательной по выходу (то есть по току) и параллельной по входу ООС со сквозной глубиной . При этом все показатели схемы с ОБ находят как показатели схемы с ОЭ (то есть показатели самого УЭ), но изменённые этой ООС. Для большего понимания этого на рис 5.7,а приведена несколько изменённая конфигурация схемы с ОБ.

Согласно теории обратной связи (см. главу 4) ООС будет уменьшать получаемые в схеме с ОЭ (то есть обеспечиваемые самим УЭ) показатели К^*_ОЭ=К^*_УЭ, К_гОЭ=К_гУЭ, М_вОЭ=М_вУЭ, U_{п.вых.ОЭ}=U_{п.вых.ОЭ}, в сквозную глубину ООС F^*_раз( ; ; ; , ), уменьшает показатели и , получаемые в схеме с ОЭ (и равные показателям самого УЭ) в F^*_х.х.1 раз ( ; ), увеличивает выходное сопротивление схемы с ОЭ, равное выходному сопротивлению самого УЭ в F^*_к.з.2 раз ( ) и не изменяет коэффициент усиления по напряжению схемы с ОЭ, равный коэффициенту усиления по напряжению самого УЭ K_ОБ=K_ОЭ=K_УЭ.

Аналогичными свойствами характеризуются и схемы с ОЗ и ОСет (рис.5.5,б,в и рис. 5.7,б,в), являющиеся аналогами схемы с ОБ. Можно лишь отметить, что в схемах с ОЗ и ОСет в отличие от схемы с ОБ коэффициент усиления по току равен точно единице (так как I_вхУЭ=0), и коэффициент усиления по мощности вследствие этого будет .

При включении УЭ по схемам с ОК, ОС, ОА (рис.5.6,а,б,в) сигнал не инвертируется (см. на рис.5.6,а,б,в временные диаграммы напряжений на электродах УЭ при воздействии на вход схем с ОК, ОС, ОА синусоидальной ЭДС).

Поскольку в схемах с ОК, ОС, ОА сопротивление нагрузки УЭ перенесено из цепи управляемого электрода в цепь эмиттирующего электрода, в схемах возникает внешняя по отношению к УЭ ООС, параллельная по выходу, то есть по напряжению, и последовательная по входу. При этом выходное напряжение сигнала схемы U_{вых.ОК.ОС.ОА}, равное напряжению сигнала на выходе УЭ U_выхУЭ, будет одновременно являться и напряжением ООС U_ОС (параллельная по выходу ООС, то есть по напряжению), воздействующим последовательно на вход УЭ (последовательная по входу ООС). В результате действия этой ООС большинство показателей схем с ОК,ОС,ОА будут существенно отличаться от показателей, обеспечиваемых самим УЭ и, следовательно, от показателей схем с ОЭ, ОИ, ОКат (совпадающих, как было показано выше, с показателями самого УЭ).

Так, для схемы с ОК (рис.5.6,а) в области средних частот можно записать:

1. Напряжение сигнала на входе схемы с ОК U_вхОК будет значительно больше напряжения сигнала на входе самого УЭ U_вхУЭ из-за того, что на вход воздействует все выходное напряжение в качестве напряжения ООС U_св=U_выхУЭ:

U_вхОК=U_вхУЭ+U_св=U_вхУЭ+U_выхУЭ=U_вхУЭ(1+К_УЭ);

Ток сигнала на входе схемы с ОК является током сигнала и на входе самого УЭ I_вхОК=I_вхУЭ;

Напряжение сигнала на выходе схемы с ОК равно напряжению сигнала на выходе самого УЭ U_выхОК=U_св=U_выхУЭ;

Ток сигнала на выходе схемы с ОК равен току сигнала на выходе самого УЭ I_выхОК=I_выхОЭ;

2. Коэффициент усиления по напряжению схемы с ОК значительно меньше коэффициента усиления по напряжению самого УЭ и практически равен единице (теоретически чуть меньше единицы):

,

то есть в схеме с ОК усиления по напряжению нет;

3. Сквозной коэффициент усиления схемы с ОК значительно меньше сквозного коэффициента усиления самого УЭ

;

4. Коэффициент усиления по току схемы с ОК равен коэффициенту усиления по току самого УЭ ;

5. Коэффициент усиления по мощности в схеме с ОК значительно меньше коэффициента усиления по мощности самого УЭ и численно практически равен коэффициенту усиления по току самого УЭ ;

6. Входное сопротивление схемы с ОК значительно больше входного сопротивления самого УЭ и численно очень велико вследствие того, что входное напряжение схемы с ОК U_вхОК значительно больше входного напряжения самого УЭ из-за последовательной по входу ООС

;

7. Выходное сопротивление схемы с ОК значительно меньше выходного сопротивления самого УЭ и численно очень мало из-за влияния параллельной по выходу, то есть по напряжению, ООС ;

Что касается К_гОК, М_вОК, U_{п.вых.ОК} и , то они будут существенно меньше, чем обеспечиваемые самим УЭ, вследствие влияния действующей в схеме с ОК внешней по отношению к УЭ ООС.

Следует отметить, что при анализе свойств схемы с ОК её можно рассматривать как схему с ОЭ, но с внешней по отношению к УЭ параллельной по выходу (то есть по напряжению) и последовательной по входу ООС (рис.5.6,а) со сквозной глубиной . При этом все показатели схемы с ОК находят как показатели схемы с ОЭ (то есть показатели самого УЭ), но измененные этой ООС. Она (см. главу 4) будет уменьшать получаемые в схеме с ОЭ, то есть обеспечиваемые самим УЭ, показатели К^*_ОЭ=К^*_УЭ, К_гОЭ=К_гУЭ, М_вОЭ=М_вУЭ, U_{п.выхОЭ}=U_{п.выхУЭ}, в сквозную глубину ООС F^* раз ( и ), уменьшает коэффициент усиления по напряжению, получаемый в схеме с ОЭ (и равный коэффициенту усиления по напряжению самого УЭ) в F^*_к.з1 раз ( , так как и К^*_к.з.1=К_УЭ), увеличивает входное сопротивление схемы с ОЭ (равное входному сопротивлению самого УЭ) в F^*_к.з1 раз ( , так как и ), уменьшает получаемое в схеме с ОЭ выходное сопротивление, равное выходному сопротивлению самого УЭ , в F^*_хх2 раз ( ) и не изменяет коэффициент усиления по току схемы с ОЭ, равный коэффициенту усиления по току самого УЭ .

Аналогичными свойствами характеризуются и схемы с ОС и ОА (рис.5.6,б,в), являющиеся аналогами схемы с ОК. Нужно лишь отметить, что в схемах с ОС и ОА в отличие от схемы с ОК будут ; ; и .

Схемы с ОК, ОС, ОА очень часто называют, соответственно, эмиттерным, истоковым, катодным повторителями на том основании, что напряжение сигнала на их выходе повторяет напряжение сигнала на их входе по полярности и практически по величине.

Основными схемами включения считаются схемы с ОЭ, ОИ, ОКат, как обеспечивающие наибольшее усиление сигнала. Они получили наибольшее применение. Другие схемы включения УЭ (с ОБ, ОЗ, ОСет и ОК, ОС, ОА) применяются реже вследствие меньшего коэффициента усиления по мощности (в схемах с ОБ, ОЗ, ОСет из-за того, что К_т<1, а в схемах с ОК, ОС, ОА из-за того, что К<1). Однако в широкополосных и импульсных усилителях и усилителях, работающих в диапазоне высоких и сверхвысоких частот они широко применяются, вследствие более лучших частотных, фазовых и переходных характеристик (из-за ООС в этих схемах). Их достоинством также является меньшие нелинейные искажения, собственные помехи и нестабильность усиления (опять-таки из-за ООС в этих схемах). Что касается схем с ОК, ОС, ОА (повторителей), то они в дополнение к вышесказанному широко используются в качестве выходных каскадов многих усилителей, как имеющие очень малое выходное сопротивление, что очень часто требуется в реальных схемах и особенно при работе на низкоомную нагрузку, требующую согласования R_вых.ус=R_н (при работе на коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 50, 75, 100, 150 Ом), а также в качестве входных каскадов усилителей, как имеющие большое входное сопротивление, что часто требуется в реальных схемах и особенно при работе от высокоомного источника сигнала, требующего согласования R_ист=R_вх.ус.

Все основные свойства различных схем включения выявляются с помощью графоаналитического и аналитического методов анализа и расчета усилительных каскадов. Графоаналитический метод наиболее целесообразно применять для анализа и расчета усилительных каскадов, работающих с большими уровнями сигналов (то есть выходных каскадов): при этом обеспечивается хорошая точность расчетов. Аналитический метод наиболее целесообразен при анализе и расчете каскадов, работающих с малыми уровнями сигналов (то есть предварительных каскадов). На практике может использоваться либо один из них, либо и тот и другой одновременно. Особенностям применения этих методов посвящены отдельные параграфы данной главы.

Применяя в многокаскадном усилителе соответствующие схемы включения УЭ, добиваются получения требуемых показателей усилителя. При этом нередко во входных и выходных каскадах апериодических усилителей и в УРЧ применяются определенные комбинации схем включения двух УЭ с непосредственной связью друг с другом. Наиболее широко применяют комбинации ОЭ - ОБ (или ОИ - ОБ) и ОК- ОБ, называемые каскодными схемами(рис. 5.8,а,б,в), а также ОК – ОК (составной эмиттерный повторитель, иллюстрируемый рис. 5.8,г). На рис. 5.8,а,б,в,г показаны включения этих комбинаций по сигналу (без указания источников питания).

Свойства таких комбинации можно оценивать либо как свойства двухкаскадного усилителя с непосредственной связью УЭ друг с другом, либо как свойства одного каскада с одним эквивалентным (составным) УЭ, заменяющим два УЭ и имеющим эквивалентные выводы базы, эмиттера и коллектора, эквивалентные параметры и характеристики. Эквивалентный (составной) УЭ в литературе также называют усилительным прибором (УП).

Наибольший интерес в схемотехнике вызывает каскодные схемы. В каскадной схеме рис. 5.8,а VT1 работает на VT2. VT1 включен по схеме с ОЭ, а VT2 – по схеме с ОБ. Этим достигается ряд преимуществ. Действительно, коэффициент усиления по току VT1 оказывается максимально возможным и практически равным статическому коэффициенту усиления по току , так как его нагрузкой является очень малое входное сопротивление VT2. Но коэффициент усиления по напряжению VT1 по этой же причине близок к единице , в результате чего существенно снижается влияние внутренней паразитной ОС между выходом и входом VT1 через его проходную емкость , что повышает устойчивость работы VT1, а также уменьшается входная динамическая емкость VT1, что улучшает частотные свойства схемы с ОЭ. В свою очередь VT2 не дает усиления по току , но обеспечивает максимально возможный коэффициент усиления по напряжению (как и при включении с ОЭ), при этом влияние внутренней паразитной ОС между выходом и входом VT2 тоже очень мало из-за его малого входного сопротивления. Частотные же свойства VT2 очень хорошие из-за влияния внешней по отношению к нему ООС, присущей включению с ОБ.

К

VT1

VT2

К

VT2

а)

б)

Б

VT1

З

R_ист

R_K

R_K

R_ист

Е_ист

Э

Е_ист

И

К

К

VT1

VT2

VT1

в)

г)

Б

Б

VT2

R_K

R_ист

R_K

R_ист

Э

Е_ист

Э

R

Е_истт

Р ис 5.8

В результате комбинация ОЭ-ОБ в целом обеспечивает коэффициент усиления по току, напряжению и мощности такие же максимально возможные, как и схема с ОЭ, но влияние внутренней паразитной ОС между выходом и входом этой комбинации оказывается во много раз слабее, чем в схеме с ОЭ, а частотные свойства оказываются лучше, чем в схеме с ОЭ. Поэтому каскодная схема с комбинацией ОЭ-ОБ широко применяется в качестве входного каскада в апериодических широкополосных и импульсных усилителях (например, в видеоусилителях) для улучшения их частотных и переходных характеристик, а также в УРЧ для повышения устойчивости их работы. Нередко в качестве VT1 применяют ПТ (рис 5.8,б). При этом получается комбинация ОИ-ОБ, являющаяся аналогом комбинации ОЭ-ОБ. Это увеличивает входное сопротивление каскодной схемы, что повышает коэффициент передачи её входной цепи и позволяет улучшить отношение сигнала к помехе в видеоусилителях и уменьшить шунтирование входного избирательного устройства в УРЧ.

Другой вариант каскодной схемы с комбинацией ОК-ОБ, приведенный на рис. 5.8,в, обладает в основном такими же свойствами, что и рассмотренный выше вариант с ОЭ-ОБ (рис. 5.8,а) с той лишь разницей, что, во первых, входная емкость в нем получается меньше (из-за включения УЭ1 по схеме с ОК), вследствие чего частотные и переходные характеристики апериодического усилителя могут быть лучше, а предельный устойчивый коэффициент усиления УРЧ может быть выше, чем в схеме с комбинацией ОЭ-ОБ, и, во вторых, входное сопротивление в нем получается больше (тоже из-за включения VT1 по схеме с ОК), вследствие чего уменьшается шунтирование входного избирательного устройства в УРЧ.

Комбинация ОК-ОК (рис. 5.8,г), называемая составным эмиттерным повторителем, применяется для увеличения коэффициента усиления по току, а также для увеличения входного сопротивления схемы, что требуется во входных каскадах, и уменьшения выходного сопротивления схемы , что требуется в выходных каскадах.

Составные усилительные элементы, как более сложные по сравнению с одиночными УЭ, называют усилительными приборами (УП). В этом смысле к УП можно отнести и операционные усилители (ОУ), которые являются основой элементной базы современной аналоговой электроники и на базе которых формируются самые различные устройства РС, РВ и ТВ. Операционный усилитель имеет два управляющих входных электрода (инвертирующий и неинвертирующий), управляемый (выходной) электрод и общий вывод, подключаемый к общему проводу устройства. Он обеспечивает очень большое усиление сигнала и работает на частотах до десятков мегагерц. Схемотехника операционных усилителей подробно рассматривается в главе, посвященной усилителям постоянного тока. Здесь же, забегая вперед, целесообразно лишь, используя условное изображение ОУ, как сложного УП, показать возможные способы его включения по сигналу. Изображение ОУ на принципиальных схемах представлено на рис.5.9. В основном поле изображения помещается знак функционального назначения ОУ – усилитель с бесконечно большим коэффициентом усиления. Инвертирующий вход обозначен кружком. В дополнительных полях помещены следующие метки: +Е_В, -Е_В — метки выводов подключения биполярного источника питания ; NC — метки выводов для подключения элементов балансировки; FC — метки выводов для подключения цепей коррекции.

При двух управляющих электродах возможны различные включения ОУ по сигналу (см. рис. 5.10,а,б,в,г,д,е, где цепи питания и балансировки опущены, чтобы не загромождать схемы ).

Рис5.9

Рисунки 5.10,а,б иллюстрируют противофазное (относительно входов ОУ) включение одного заземленного источника сигнала соответственно при инвертирующем и неинвертирующем усилении (см. на рисунках временные диаграммы сигналов), а рис. 5.10,в иллюстрирует синфазное (относительно обоих входов ОУ) включение одного заземленного источника сигнала (обычно мешающего сигнала), при котором выходной сигнал в случае идеально симметричного по обоим входам ОУ будет отсутствовать, а в случае реального ОУ будет сильно подавлен.

д)





R_ист1

е)

t

e_ист1

R_Н

R_ист2

R_Н

R_ист2

R_ист1

t

e_ист2

e_ист1

e_ист2

Рис 5.10

На рисунках 5.10,г,д показаны соответственно противофазное и синфазное (относительно входов ОУ) включения двух заземлённых синхронных источников сигнала. При противофазном включении на выходе ОУ будет сигнал, противофазный относительно инвертируещего входа и синфазный относительно неинвертируещего входа, а при синфазном включении на выходе ОУ сигнала не будет, так как синхронные сигналы на входе ОУ будут подавляться за счет компенсации.

И, наконец, рис. 5.10,е иллюстрирует противофазное включение источника полезной ЭДС е_ист1 и синфазное включение источника мешающей ЭДС е_ист2 другой частоты. На выходе ОУ будет сигнал от полезной ЭДС е_ист1противофазный сигналу на инвертируещем входе и синфазный сигналу на неинвертирующем входе ОУ . Что касается сигнала от мешающей ЭДС е_ист2, то он на выходе ОУ будет очень сильно подавлен вследствие синфазного воздействия мешающей ЭДС е_ист2 на входы ОУ.