5.6 Способы включения усилительных элементов

Для того чтобы обеспечить необходимые технические показа­тели и характеристики усилительных устройств, следует выпол­нить ряд принципов или условий их построения.

Для конкретного типа усилительного элемента (УЭ) выбирается способ его включения по сигналу (или по переменному току). Его необходимо реализо­вать. Затем выбирается режим работы УЭ по постоянному току (по току питания и напряжению питания) и обеспечивается его ста­бильность при изменении температуры, влажности, напряжения питания и т. д.

Далее должна быть обеспечена связь УЭ с источником, сигна­ла, и с последующим УЭ или нагрузкой. Для этого следует выбрать вид цепи межкаскадной связи и реализовать его.

Необходимо также обеспечить требуемые сопротивления на­грузки УЭ по постоянному и переменному токам – реализовать расчетную нагрузочную (или динамическую) характеристику усилительного элемента.

При подаче сигнала на вход усилителя нужно убедиться, что обеспечивается выбранный режим работы УЭ по сигналу. В каскадах предварительного усиления слабого сигнала обычно вы­бирают режим А, а в оконечных каскадах – режим В (АВ).

Наконец, следует обеспечить требуемый вид и глубину обратной связи (ОС) в одном или нескольких каскадах, а также и в целом в усилителе. Начнем последовательно рассматривать, что собой представляют изложенные выше условия применительно к конкретным видам УЭ.

Способы включения по сигналу трехполюсных усилительных элементов

Наиболее широко в качестве усилительных элементов (УЭ) в РПрУ используются биполярные и полевые транзисторы (БТ) и (ПТ). Эти УЭ представляют собой трехполюсники – имеют три элек­трода: управляющий, управляемый и эмиттирующий. В зависимо­сти от того, какой электрод является общим для цепи источника сигнала и цепи нагрузки, различают три способа включения трех­полюсных УЭ: с общим эмиттирующим электродом, с общим уп­равляющим и общим управляемым электродами. Рассмотрим осо­бенности этих способов включения УЭ.

Для определения способа включения УЭ в сложной схеме ис­ключают все цепи внешних ОС, кроме тех, исключение которых нарушает режим работы УЭ по постоянному току. Затем входную цепь УЭ представляют в виде эквивалентного источника сигнала,. а выходную — в виде эквивалентного (результирующего) сопро­тивления нагрузки. Таким образом получают простейшую экви­валентную схему каскада по сигналу (рис.2.17 — 2.20). Электрод, подключенный к цепям источника сигнала и нагрузки, определяет способ включения УЭ.

На рис. 2.17 приведены схемы, соответст­вующие включению с общим эмиттирующим электродом: рис.2.17, а) – с общим эмиттером (ОЭ); рис. 2.17, б) – с общим исто­ком (ОИ). Это единственный способ включения УЭ, при котором нет внешних по отношению к не­му цепей обратной связи.

а)

б)

Рис.2.17. Схемы включения УЭ с общим эмиттирующим электродом

На рис.2.18 приведены схемы, соответствующие включению УЭ с общим управляющим электродом: рис.2.18, а) — с общей ба­зой (ОБ); рис.2.18, б) – с общим затвором (03).

а)

б)

Рис.2.18 – Схемы включения УЭ с общим управляющим электродом

Схему с ОБ можно представить как схему с ОЭ (транзистора обведенный штриховой линией на рис.2.20, а), но с введенной внешней параллельной ООС по току. Эта ОС осуществляется че­рез резистор R_Нэк; ток I_CB является током цепи ОС. Все показате­ли УЭ, включенного по схеме с ОБ, определяются указанным вы­ше видом ОС. Качественное измене­ние показателей усилительного каскада при включении УЭ по схе­ме ОБ иллюстрирует таблица 2.3.

Таблица 2.3.

Схема	Внешняя ООС	КU	КI	КP	fh21	RВХ	RВЫХ	kГ
ОЭ	Нет	 h21э	 h21э	h221э	fh21э	 1 … 10 кОм	10 … 100 кОм	7 … 14 %
ОБ	Параллельная по току	 h21э	 h21э	 h21э	fh21б	RВХоэ/h21э	RВЫХоэh21э	< kГоэ
ОК	Последоват. по напряжен.	 1	 h21э	 h21э	fh21к	RВХоэh21э	RВЫХоэ/h21э	< kГоэ

На рис.2.19 приведены схемы, соответствующие включению УЭ с общим управляемым электродом:

а)

б)

Рис.2.19

Рис.2.19, а) – общий кол­лектор (ОК); рис.2.19, б) – общий сток (ОС). Схему ОК можно представить как схему ОЭ, но с внешней последовательной ООС по напряжению – рис.2.20, б). Напряжение Uвых, действующее на эквивалентном сопротивлении нагрузки R_H, одновременно является и напряжением Uoc, действующим между базой и эмиттером. Все показате­ли УЭ, влюченного по схеме ОК, определяются видом этой внеш­ней обратной связи.

а)

б)

Рис.2.20.

Качественное изменение показателей усилительного кас­када при включении усилительного элемента по схеме с ОК иллюстрируется табл. 2.3. В связи с тем, что К1 и фаза сигнала на выходе не инвертиру­ется, схемы с общим управляемым электродом получили общее название — повторители.

Аналогично тому, как изменяются показатели усилителя при переходе от схемы с ОЭ к схемам с ОБ или ОК, меняются показатели усилителя и на ПТ, и на ЭЛ при соответствующем способе их включения по сигналу.