84

Глава 4

ОСНОВНЫЕ КАСКАДЫ УСИЛЕНИЯ

АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

В главе рассматриваются основные ступени усиления и исследуются их частотные и временные характеристики.

4.1. Резисторный каскад

Резисторные каскады используется в качестве предварительных ступеней усиления, где уровень входного сигнала повышается до величины, необходимой для управления оконечным каскадом. Принципиальная схема каскада с полевым транзистором с n-каналом, работающим в режиме обогащения, приведена на рис.4.1.

Рис.4.1

Во всех электронных устройствах необходимо обеспечить стационарный режим работы усилительного элемента, для чего целесообразно использовать вольт-амперные характеристики Выходные вольт-амперные характеристики (ВАХ) полевого транзистора VT1приведены на рис.4.2.

Здесь I₂- ток стока,U₂– напря­жение на за­жимах исток-сток; каж­дая кривая соответствует фиксированному значе­нию напряжения на пе­реходе затвор-исток. Исходная рабочая точка (ИРТ) в транзисторе (I₂₀,U₂₀,U₁₀) может быть выбрана так, чтобы обеспечивался наибольший динамический диапазон каскада. Это выполняется, если ИРТ находится в середине раствора характеристик рис.4.2, при этом, как правило, обеспечивается линейность э

I₂

квивалентной схемы транзи­стора и динамической характеристики каскада в доста­точно б

I₂₀

ольшом диапа­зоне изме­нения амплитуд в

U₂₀

ходного сиг­нала.

Рис.4.2

Рабочая область на поле выходных характеристик ограничивается: гиперболой допустимой мощности рассеяния, предельно допустимыми значениями тока стока и напряжения на стоке, а также областью насыщения и отсечки При отсутствии специальных соображений следует выбирать положение ИРТ, которое рекомендуется в справочнике. Однако в зависимости от условий работы каскада: усиления гармонических, двуполярных или однополярных импульсных сигналов с различной интенсивностью и других условий, положение ИТР в рабочей области выходных ВАХ может существенно меняться. Достаточно полные сведения по этим вопросам для каскадов на полевых и биполярных транзисторах приведены в [1, с31-34].

В

I₂

I₂₀

U₂₀

_о

E_n

0

каскаде ре­зисторR_Ивходит в схему автома­тического смещения.Если кас­кад не предназначен для широкополосного усиления, то сопротивление резистораR_И обычно выбирается примерно в десять раз меньше сопротивления R_C. По­этому можно считать, что напряжение питанияЕ_Пприложено между линейным сопро­тивлением стокаR_С- и нелинейным сопротивлением между истоком и стоком транзистора, величина которого в исходной рабочей точке определяется отношениемU₂₀/I₂₀. Тогда при задан­ном напряжении питания сопротивле­ниеR_Cнаходится из соотношения:

R_C=(E_П-U₂₀)/I₂₀.

В частности, если по оси абсцисс напряжение U₂приведено в вольтах, а токI₂по оси ординат – в миллиамперах, то сопротивление R_Сбудет определено в килоомах.

Величина резистора R_Ивыбирают обычно из соотношения:

Необходимое напряжение смещения между затвором и истоком: , гдеU_R2 - стационарное напряжение на резисторе R₂. В схеме присутствует последовательная отрицательная обратная связь по постоянному току, которая стабилизирует токI₂₀ при изменении температуры транзистора (сведения о термостабилизации каскада приведены в разделе 4.7)

При малой величине R₂по сравнению сR_Гпроисходит ослабление сигнала во входной цепи. Обычно допускается, чтобыв рабочем диапазоне частот, при этом должно выполняться условие:

(4.1)

Тогда величины сопротивления резисторов R₁ иR₂определяются из (4.1). С целью устранения обратной связи для приращений (по переменному току) резисторR_Ишунтируют конденсаторомС_Идостаточно большой емкости так, чтобы в рабочем диапазоне частот глубина обратной связиF₁была близка к единице или

(4.1^/)

на нижней рабочей частоте.

Поскольку для переменного тока ,

,

то, выбирая численное значение (4.1^/), например, равным 0,05, можно определить величину емкости конденсатора С_И при нижей рабочей частоте входного сигнала: Дополнительные сведения о выборе ИРТ в резистивных каскадах с полевыми транзисторами с учетом термостабилизации приведены также в разделе 4.8. КонденсаторС_Р во входной и выходной цепи рис.4.1 называют разделительным, с его помощью постоянное напряжениеU₂₀не поступает в нагрузку, а во входной – стационарное напряжениеU_R2- в источник сигнала.