Вопрос 24: Каскодное включение транзисторов, управляемые источники тока, бестрансформа­торные выходные каскады

Каскодное включение транзисторов (динамическая на­грузка) – это такие схемы, когда в качестве коллекторных сопротивлений включают дополнительный транзистор. Он выполняет роль источника тока с высоким дифференциальным сопротивлением. Выходная характеристика:

Не нарушая статического режима, увеличение коэффициента усиления.

I_б2

R₁ VT2

С₁ С₂

R₂ VT1

R_э

Допустим, выбрали рабочую точку, т.е. задали значения I_{к1 0} и U_{кэ 0}.

При заданном R_э это обеспечивается выбором делителя R₁ и R₂. U_k0 = U_{кэ 1 0} + I_кэ R_э U_кэ = E_пит – U_{к1 0}. Токи через транзистор равны: I_к2 = I_к1. На выходной характеристике VT2 можно найти параметры генератора тока.

I_к2

I_{кэ 0}

U_кэ2

U_кэ0

I_б2 = I_к2 / h_21э = I_к1 / h_21э . Значительно больший коэффициент усиления по напряжению. Если обеспечить измене­ние управляющих токов, то можно получить ещё больший коэффициент усиления по на­пряжению. В нем реализуются преимущества с ОЭ и ОБ. Применяется в дифференциальных каскадах – вместо R_k2 транзистор – в одно из плеч каскада. Т.о., Каскодное включение обеспечивает: высокое выходное сопротивление, высокий коэффициент усиления, если на базу подавать сигналы, то перемножение сигналов. Значение динамической нагрузки велико лишь при изменении токов.

У силители УИТ (управляемые источники тока) представляют собой цепи, либо питающие нагрузки постоянным током, либо отбирающие от нагрузки постоянный ток.

I₂

I₁ VT2

VT1

R_к I_к1

E_к

V T1 охвачен 100 % ОС. I_k1 = h_21э * I_б1. Если VT2, эмиттерный переход которого подключен параллельно эмиттерному переходу VT1, имеет такие же характеристики, что и VT1, то I_б1 = I_б2, I_к1 = I_к2. Общий ток каскада: I₁ = I_к1 + I_б1 + I_б2 = I_к1 + 2I_б1 = I_к1 + 2I_k1 / h_21э. Следовательно, I₂ / I₁ = I_к1 / I_к1 + 2I_k1 / h_21э = h_21э / 2 + h_21э. Если h_21э >> 2, тогда I₂ / I₁ = 1 (направлен в противоположную сторону). Поэтому схему называют токовыми зеркалами или отражателями тока. В простейших случаях в качестве источника тока используется простейшая цепь.

I₂ определяется E и R_э. Если Е >> U_бэ, то E = U_Rэ = I₂R_э

I₁ I₂ I₂ = E / R_э

Выходное сопротивление такой схемы приблизительно равно R_{k дф} (1 – 5 МОм). Эти схемы – основа дифференциаль­ных усилительных каскадов с токовым выходом и высоким выходным сопротивлением.

Е

Бестрансформаторные выходные каскады

Такие мощные выходные каскады поддаются микроминиатюризации, т.е. позволяют осу­ществить непосредственную связь с нагрузкой без применения громоздких трансформа­торов и конденсаторов и имеют при этом хорошие частотные и амплитудные характери­стики. Собирают по двухтактным схемам на транзисторах, работающие в режиме А и АВ, по схеме с ОЭ или ОК. Причем возможно применение транзисторов с одинаковой прово­димостью, либо с разными типами проводимости (последние – это каскады с дополни­тельной симметрией).

Если транзисторы идентичны, то I₁ = I₂, следовательно, на нагрузке будет 0, т.е. U_вых = 0. Подаем полуволны, VT2 открыт, работает как усилитель. После подачи второй полуволны VT1 откроется, VT2 (n – p – n) закрывается. При отсутствии U_вх тока через нагрузку нет. Если транзисторы идентичны по своим пара­метрам, то потенциалы А и Б соответственно равны: U_АБ = U_R2 / 2; U_БВ = U_R2 / 2, то U_АБ = 0, если идентичны по параметрам. Напряжение смещения задается следующим образом: сначала задаются значения коллекторного тока. Этим токам соответствует опре­деленные токи I_б0, раз задали рабочую точку, и I_бэ0. I_{делителя} > I_б0 (в 10 раз). Определяют со­ответственно R₁, R₂, R₃, где I – ток делителя: R₁ = (E – I_{бэ1 0}) / I, R₂ = (I_бэ1 + I_бэ2) / I, R₃ = (E – I_{бэ2 0}) / I. R₂ – мало, поэтому иногда вместо R₂ ставят диод. При подаче входного напряжения один из транзисторов в зависимости от фазы сигнала закрывается, а открытый транзистор работает как эмиттерный повторитель (U_Rн = U_вх, I_н = h_21э I_б). В другой полупериод они меняются функциями. Эта схема применяется при не­большой нагрузке (R_н = 100÷200 Ом). Для больших мощностей можно параллельно соединить транзистор – в каждое плечо не­сколько транзисторов одного или разного типа. Вместо n – p – n:

Можем получить 1 А при max в 0.5 А. При max в 0.25 А для получения 1 А нужно поста­вить 4 транзистора.