1.4.4 Входные каскады
1.4.4.1 Общие сведения
Входными каскадами называются устройства, предназначенные для согласования источника сигнала с усилительным устройством.
Эти входные устройства в зависимости от их конкретного назначения должны обеспечить: требуемое входное сопротивление (низкоомное, высокоомное ); нормированную входную ёмкость ; нормированный уровень шумов; нормированные искажения переходной характеристики; нулевое напряжение на входе при отсутствии входного сигнала; согласование по входному напряжению ; формирование заданной частотной характеристики.
Входные устройства в зависимости от используемых в них элементов подразделяются на пассивные и активные.
1.4.4.2 Пассивные входные устройства
К усилителям с пассивными входными устройствами предъявляют требования к согласованию входного сопротивления. К наиболее простым пассивным входным устройствам относятся аттенюаторы. Все аттенюаторы можно разделить на согласующие и аттенюаторы для ослабления сигнала.
Асимметричный Т-типа аттенюатор обеспечивает согласование по сопротивлению с минимальными потерями (рисунок 1.49,а).Элементы аттенюатора выбирают из условия равенства полного сопротивления согласующего звена полному сопротивлению цепи :
Rl=Zl /√ l-(Zl/Z2) ; R2=Z2·√l - (Zl/Z2 ) ( 1.54 )
где Z1- низкое входное сопротивление ;
Z2- высокое выходное сопротивление.
Если входное сопротивление Z1 меньше, чем выходное сопротивление Z2, то используется балансная (мостовая) схема.
Балансную схему называют аттенюатором U-типа (рисунок 1.47,б).
113
Согласно этой схеме
R1=1/√1-(Z1/Z2); R2=Z2·√l-(Zl/Z2). ( 1.55 )
Балансная схема находит применение при симметричном входе при частотах до сотен мегагерц.
В качестве согласующее устройства в приборах с широким частотным диапазоном входного сигнала используются компенсированные делители (рисунок 1.49,в), состоящие из резисторов R1,R2 и включенных параллельно им конденсаторов С1, С2.
Более сложным конструктивным элементом согласования является трансформатор. К достоинствам трансформаторного входного каскада относится возможность согласования асимметричного входного устройства с симметричным каскадом. Недостатки каскада: вносимые трансформатором частотные, фазовые и нелинейные искажения; чувствительность к наводкам.
а - асимметричный Т –типа аттенюатор;
б - балансная схема аттенюаторов ;
в - компенсированный делитель
Рисунок 1.49 - Пассивные входные устройства
1.4.4.3 Активные высокоомные входные устройства
Активные высокоомные входные устройства выполняются на базе схемы эмиттерного и истокового повторителей.
Если в транзисторном усилителе необходимо иметь большое входное сопротивление, то первый каскад выполняется по схеме эмиттерного повторителя (рисунок 1.50,а). Повторителем называют каскад, охваченный внешней 100-процентной обратной связью последовательного вида по напряжению (рисунок1.50,б).Однако в обычной схеме ОК не всегда удается получить достаточно
114
большое входное сопротивление каскада, так как высокое входное сопротивление самого транзистора шунтируется по переменному току элементами смещения R1 и
R2. Делитель смещения приходится брать не слишком высокоомным, чтобы получить хорошую стабилизацию исходного режима.
В этом случае , чтобы входное сопротивление не было очень малым, можно использовать схему на рисунке 1.50.в, в которой смещение с R2 подается на базу через резистор R3. На этот резистор от источника сигнала через конденсаторы С1 и С2 поступает сигнал, а резисторы R1 и R2 через блокировочный конденсатор С2 замкнуты на корпус. В выборе величины сопротивления R3, от которого зависит входное сопротивление каскада, имеется большая свобода, чем в выборе R2. Поэтому можно увеличить R3 и получить требуемые параметры каскада. Однако увеличение сопротивления R3 ограничено тем, что по нему проходит ток базы Iбо. С изменением тока базы изменяется падение напряжения на резисторе R3, а значит, и потенциал базы. При большом R3 это приводит к заметному нарушению исходного режима и ухудшению стабилизации тока покоя.
а- схема с параллельной подачей смещения ;
б - схема с обратной отрицательной связью;
в – схема эмиттерного повторителя с последовательной
подачей смещения
Рисунок 1.50 - Схема простейшего эмиттерного повторителя
Применение полевого транзистора (рисунок 1.50) позволяет увеличить
115
входное сопротивление транзисторного каскада до 105…106 Ом. На рисунке 1.50,а изображена обычная схема повторителя, которая охвачена 100 – процентной обратной связью последовательного вида по напряжению. На рисунке 1.50,б изображен обычный резисторный каскад ( четырёхполюсник К ) и цепь внешней обратной связи ( четырёхполюсник β ). Обратная связь выполняется с помощью перекрещенного « пустого » четырёхполюсника. Он передаёт все выходное напряжение на вход, где оно действует последовательно с усиливаемым сигналом U1, т.е. осуществляет 100 – процентную обратную связь. Из неё видно, что по переменному току сток соединен с обратной шиной, а фаза выходного напряжения повторяет фазу входного Uвх . Последнее всегда больше выходного напряжения U2, ибо Uвх= U1 + U2 . Следовательно, коэффициент передачи напряжения повторителя всегда меньше единицы.
а- схема с параллельной подачей смещения ;
б - схема с обратной отрицательной связью
Рисунок 1.50 - Схема простейшего истокового повторителя
Подводя итог изложенному, можно охарактеризовать повторитель как некоторый трансформатор сопротивления. Малая входная ёмкость и большое активное сопротивление, малое выходное сопротивление и широкая полоса пропускания позволяет, не нагружая предыдущей цепи, передать практически без искажений сигнал на выходную нагрузку, непосредственное подключение без повторителя привело бы к существенным искажениям.
116