6 Каскодное включение транзисторов

Под каскодными схемами понимают двухкаскадные усилители на транзисторах, с любой из возможных схем включения их электродов, не имеющих межкаскадных частотно зависимых элементов. Каскодные схемы можно, подразделить на две группы:

1. схемы, в которых отдельные транзисторные каскады соединены цепочечно без дополнительных обратных связей. Такие соединения получили название регулярных (рисунок 14);

Рисунок 14 – Каскодная схема ОЭ-ОБ (общий эмиттер – общая база) с последовательным питанием

2. схемы, в которых отдельные транзисторы соединены в произвольной комбинации и с дополнительными обратными связями. Такие соединения называются нерегулярными (рисунок 15).

Рисунок 15 – Каскодная схема усилителя с динамической нагрузкой

Поскольку большинство каскодных схем используется обычно при работе с малыми сигналами, то представляют интерес линейные каскодные схемы, т.е. такие, в которых параметры не зависят от величины токов и напряжений в рабочем диапазоне их изменения, при этом считается, что режим по постоянному току не изменяется. На рисунке 16 приведены эквивалентные схемы по переменному току для 9 типов каскодных схем с регулярным соединением на двух транзисторах. Эти схемы отображаются эквивалентным четырехполюсником, состоящим из двух цепочечно соединенных четырехполюсников. Составляющие четырехполюсники замещают первый и второй транзистор каскодной схемы. Параметры первого транзистора будем обозначать одним штрихом, а второго транзистора – двумя штрихами. Упрощенные формулы для - параметров каскодных схем (рисунок 16) имеют следующий вид:

1. Для группы каскодных схем ОБ-ОБ, ОБ-ОК, ОБ-ОЭ, ОЭ-ОБ, ОЭ-ОЭ, ОЭ-ОК

(35)

так как и

Рисунок 16 – Эквивалентные схемы каскодных соединений по переменному току

2. Для каскодных схем ОК-ОЭ и ОК-ОК

(36)

так как

3. Для каскодной схемы ОК-ОБ

(37)

так как

Определив по формулам (35 – 37) -матрицу любой каскодной схемы, можно найти основные параметры этой каскодной схемы. Можно также выразить основные параметры той или иной каскодной схемы через характеристические параметры отдельных транзисторов.

У большинства каскодных схем максимальный коэффициент усиления по мощности больше, чем у усилителя с общим эмиттером на одном транзисторе. Максимальный коэффициент усиления по мощности у большинства схем чаще всего получить затруднительно, т.к. имеется ограничение на коэффициент усиления со стороны устойчивости. Однако качественно устойчивость может характеризоваться величиной . Наиболее часто для работы в широком диапазоне частот используется схема ОЭ-ОБ, у которойна 2-3 порядка ниже, чем у схемы с общим эмиттером, а коэффициент усиления по мощности в 2-3 раза выше. Там, где требуется устойчиво работать на еще более высоких частотах, находят применение схемы ОБ-ОБ, хотя они и не позволяют получить высокий коэффициент усиления по мощности из-за меньшей величины максимального коэффициента усиления по мощности. В импульсных усилителях находят применения схемы, имеющие возможно большее входное сопротивление. Некоторые каскодные схемы позволяет компенсировать температурный дрейф и применяются в усилителях постоянного тока.

Наиболее широкое применение в конструкциях резонансных усилителей получила каскодная схема ОЭ-ОБ. Входное сопротивление такого усилителя приблизительно равно входному сопротивлению первого транзистора (35), поэтому использование в первом каскаде полевого транзистора позволяет получить более высокое входное сопротивление и низкий уровень шума.