
схема все материалы / Лекционные материалы 2012 / 19 Типовые многотранзисторные каскады
.pdf
Типовые многотранзисторные каскады
1. Каскодное соединение
Как упоминалось для подавления эффекта Миллера при сохранении свойств схемы ОЭ используется соединение ОЭ-ОБ. Эквивалентная схема этого соединения на переменном токе приведена на рис. 1
Рис. 1
Напомним, что эффект Миллера в этой схеме подавляется за счет низко- омной нагрузки каскада ОЭ, которой является вход каскада ОБ.
Полная схема каскодного соединения строится как правило с последова- тельным питанием транзисторов (рис. 2).
Рис. 2
1

В этой схеме
Uб1 |
= |
|
R2 |
|
Eп, |
||||
R1 |
+ R2 |
||||||||
|
|
|
|
||||||
Uэ1 =Uб1 - 0,7 В, |
|||||||||
Iк1 = Iк2 |
= |
Uэ1 |
. |
||||||
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
R6 |
|
|
||
Uб2 |
= |
|
|
R4 |
Eп, |
||||
|
R3 |
+ R4 |
|||||||
|
|
|
|
|
Uэ2 = Uк1 =Uб2 - 0,7 В.
Коэффициент передачи по напряжению
K = KоэKоб = - |
g21 |
× |
|
g21Rн |
|
|
= |
|
|||||
g22 + gвхоб |
g22Rн +1 |
. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
g21 |
|
|
g21Rн |
|
|
|
|
|
|
|
||
= - |
× |
|
» -g R = K |
оэ |
|
||||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
g22 + g21 g22Rн +1 |
|
21 н |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Внутрикаскадная обратная связь по постоянному току образована рези- стором R6. Для организации отрицательной обратной связи на переменном
токе достаточно подать сигнал с коллектора второго транзистора на базу первого (рис. 3).
Рис. 3
Если в организации обратной связи нет необходимости, то потенциалы баз транзисторов могут обеспечиваться общим делителем (рис. 4).
2

|
|
|
Рис. 4 |
|
|
|
||
В этом случае |
|
|
|
|
|
|
|
|
Uб1 |
= |
|
|
R3 |
|
|
Eп, |
|
R1 |
+ R2 |
+ R3 |
||||||
|
|
|
||||||
Uб2 |
= |
|
|
R2 + R3 |
Eп. |
|||
|
R1 |
+ R2 |
+ R3 |
|||||
|
|
|
|
Эквивалентная схема входной цепи приведена на рис. 5.
Рис. 5
Как видно резисторы делителя напряжения шунтируют входную цепь, уменьшая входное сопротивление каскада.
2. Эмиттерно-связанная пара Эмиттерно-связанная пара – это соединение ОК-ОБ, эквивалентная схе-
ма для переменного тока которого приведена на рис. 6.
3

Рис. 6
Полная принципиальная схема этого соединения строится с непосредст- венной связью между каскадами (рис. 7а).
Рис. 7
При равных начальных коллекторных токах через транзисторы следует обеспечивать строгое равенство напряжения на базах транзисторов.
Вместо эмиттерного резистора зачастую используется генератор ста- бильного тока, определяющий суммарный ток коллекторов транзисторов, а в цепи коллектора первого транзистора устанавливается резистор (рис. 7б). В этом случае на постоянном токе схема абсолютно симметрична.
Для того, чтобы избежать влияния разброса сопротивлений резисторов на установку начальных напряжений на базах транзисторов широко исполь-
зуется двуполярное питание и гальваническая связь с источником сигнала
(рис. 8а).
4

Рис. 8
В силу симметрии схемы источник сигнала может быть подключен не к первому, а ко второму транзистору, а сигнал сниматься не со второго, а с первого транзистора (рис. 8б).
Если же сигналы подаются на базы обоих транзисторов, то приходим к схеме дифференциального усилителя, широко используемого в интегральной схемотехнике (рис. 9).
Рис. 9
В этой схеме при uc1 = uc2 = 0 ток I0 = Iэ1 + Iэ2, Iэ1 = Iэ2 делится по- ровну между транзисторами и при Rк1 = Rк2 напряжения на коллекторах
равны Uк1 = Uк2 = Eп+ - RкI0 / 2. Схема полностью сбалансирована.
При uc1 ¹ uc2 происходит перераспределение тока I0 между транзисто- рами и появляется разность коллекторных напряжений.
Uбэ1 Uбэ2
Iк1 = IоэemUT ; Iк2 = IоэemUT .
5

Возьмем отношение токов
Iк1 |
Uбэ1−Uбэ2 |
||
= e |
mUT |
||
Iк2 |
|||
|
|
и выразим ток Iк1 через Iк2 .
Uбэ1−Uбэ2
|
|
|
|
Iк1 = |
|
Iк2 × e |
mUT |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
и наоборот |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uбэ2 −Uбэ1 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
Iк2 = Iк1 × e |
|
mUT |
|
. |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Выразим I0 через коллекторные токи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
Uбэ1−Uбэ2 |
|
|
|
|
|
æ U |
ö |
|
|||||||||||||||
I0 = Iк2 × e |
|
|
mUT |
|
|
|
+ Iк2 |
= |
|
|
|
ç |
|
|
|
|
÷ |
= |
||||||
|
|
|
|
Iк2 çemUT |
+1÷ |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç |
|
|
|
|
÷ |
|
æ − U |
ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
ø . |
||||||
ç |
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
= Iк1ç emUT |
|
+1÷, где DU =Uбэ1 -Uбэ2 |
|
|||||||||||||||||||||
ç |
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
è |
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Отсюда коллекторные токи можно выразить через входную разность на- |
||||||||||||||||||||||||
пряжений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Iк1 = |
|
|
|
I0 |
|
|
|
|
; Iк2 |
= |
|
|
|
I0 |
|
|
||||||||
|
|
− U |
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
e |
mUT |
+1 |
|
|
|
|
e |
mUT |
+1 |
|
|
||||||||||
или нормированный коллекторный ток |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
Iк |
= |
1 |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
±ΔU |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
I0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
emUT +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Качественно эта зависимость приведена на рис. 10
6

Рис. 10
Из рисунка видно, что зависимость носит резко нелинейный характер. Линейная область сохраняется только при малых входных дифференциаль- ных напряжениях (не более 20…50 мВ).
Для линеаризации характеристик в цепях эмиттеров устанавливают ре- зисторы внутрикаскадной обратной связи (рис. 11)
Рис. 11
Вэтом случае малосигнальный коэффициент усиления уменьшается, но линейная область передаточной характеристики расширяется (на рис. 10 при- ведена точечной линией).
Всилу симметрии рассматриваемых схем выходное напряжение может сниматься не с одного из коллекторных резисторов, а с обоих. В результате разностное выходное напряжение, вызванное разностью входных напряже-
ний равно
7
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
|
|
|
|
|
|
|
|
ö |
|
DU |
|
= U |
|
-U |
|
= R I |
|
ç |
|
1 |
|
|
|
1 |
÷ |
|||
к |
к1 |
к2 |
0 |
ç |
|
|
- |
|
|
÷ . |
||||||||
|
− U |
|
|
U |
|
|||||||||||||
|
|
|
к |
ç |
|
|
|
|
÷ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ç |
|
mU |
T |
+1 e |
mU |
T |
÷ |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
è e |
|
|
+1ø |
При подаче синфазного напряжения на оба входа выходные коллектор- ные напряжения не изменятся до тех пор, пока транзисторы находятся в ли- нейном режиме работы.
8