книги из ГПНТБ / Бобровников Л.З. Радиотехника и электроника учебник

усилительных каскадов на полевых транзисторах аналогичен рас­ чету каскадов на электронных лампах. На рис. 65, а приведена схема усилителя с общим стоком на полевом транзисторе с каналом п

иа

I I -1

J

проводимости. Для этой схемы коэффициент усиления по напря­ жению

Коэффициент усиления с учетом сопротивления автоматического смещения (сопротивления ООС) R„ в цепи истока при отсутствии конденсатора Ся равен

150

Усилительные каскады по схеме с общим затвором, имеющие малое входное сопротивление, применяются исключительно редко, так как в этом случае не реализуется основное свойство полевого транзистора — высокое входное сопротивление.

Схема истокового повторителя на полевом транзисторе с изоли­ рованным затвором и его эквивалентная схема приведена на рис.65, б. Коэффициент передачи по напряжению определяется как

и у биполярных транзисторов, но в некоторых режимах работы изменения параметров могут друг друга скомпенсировать. Напри­ мер, у полевого транзистора типа КП102Е термостабильная рабочая точка наблюдается при напряжении на затворе около 1,2 в и токе стока 0,1 ма.

У с и л и т е л и н а т у н н е л ь н ы х д и о д а х . Туннель­ ные диоды обладают участком вольт-амперной характеристики с отри­ цательным дифференциальным сопротивлением. Это позволяет соз­ давать относительно простые, экономичные, надежные, малогаба­ ритные усилители, работающие нормально при температуре в не­ сколько сотен градусов (например, в сверхглубоких скважинах) и выдерживающие проникающую радиацию.

На рис. 66, а приведена принципиальная схема простейшего усилителя на основе туннельного диода. На рис. 66, б дается его эквивалентная схема без цепи питания, которая заменена эквивалент­ ным сопротивлением Rn = Rl || R2.

151

Для тока, обусловленного переменной составляющей входного сигнала, имеем

гральном исполнении вследствие сравнительно большого технологи­ ческого разброса параметров. В частности, целесообразно создавать в виде интегральных узлов различные импульсные и логические

При создании модулей апериодических усилителей звуковых частот обычно используют биполярные и полевые транзисторы, соединяя их в гальванически связанные «двойки» и «тройки». Это позволяет: уменьшить габариты, вследствие применения минималь-

152

ного числа разделительных конденсаторов; увеличить температур­ ную стабильность за счет применения глубокой ООС по постоян­ ному току. На рис. 67 приведены наиболее характерные схемы уси­ лительных «двоек».

Особенностью первой схемы (рис. 67, а) является использование в качестве эмиттерного сопротивления второго транзистора стабили­ трона КС139, что обеспечивает глубокую ООС по постоянному току

Рис. 67.

и минимальную ООС по переменному току. Коэффициент усиления по напряжению не превышает нескольких сотен. Усилитель, пока­

третьей схемы (рис. 67, в) является то, что первый транзистор вклю­ чен по схеме с общим эмиттером, второй — по схеме с общей базой. Поскольку усилительный каскад с общей базой не инвертирует фазу, сигнал на выходе «двойки» противофазен входному. Это поз­ воляет замкнуть цепь стабилизирующей ООС между выходом и входом (через резистор R3).

153

В отличие от первых трех схем, входное сопротивление в кото­ рых не более нескольких сотен омов, четвертая схема (рис. 67, г) имеет входное сопротивление не менее 3 Мом. Это обеспечивается за счет использования полевого транзистора с п — р переходом (типа КП103М).

На рис. 68, а приведена схема усилительной «тройки», охвачен­ ной глубокой стабилизирующей ООС непосредственно с выхода на вход через фильтр нижних частот (R4, С2, R5), который устраняет

ПXT' 1301 т2T30I

Рис. 68.

ООС по переменному току. Особенностью схемы рис. 68, б является двухпетдевая ООС по постоянному току: эмиттер второго транзис­ тора — база первого (через резистор RT) и эмиттер третьего транзи­ стора — база второго (через резистор R2). Входное сопротивление обеих схем примерно одинаковое и не превышает 1 ком. Коэффици­ енты усиления по напряжению около 103 .

Использование полевого транзистора (рис. 68, в) позволяет уве­ личить входное сопротивление до 3 Мом. Коэффициент усиления по напряжению не превышает нескольких сотен, поскольку полевой транзистор работает при достаточно большом (3,3 в) напряжении смещения на затворе.

Особенностью рассмотренных функциональных усилительных уз­ лов является «ненулевые» вход и выход: у всех схем даже при отсут­ ствии входного сигнала имеется на входе и выходе постоянное на­ пряжение (кроме усилителя на рис. 68, в , у которого постоянное напряжение на входе равно нулю). Это вынуждает применять на

154

Таким образом, существует некоторый предел полосы пропуска­ ния, который усилители, выполненные по обычным схемам со сколь угодно сложной коррекцией, преодолеть не могут. Для того чтобы расширить полосу пропускания свыше 100 Мгц, необходимо отка­ заться от обычного каскадного соединения усилительных элементов и применять усилители-сумматоры, коэффициент усиления в кото­

Такие усилители называются усилителями с распределенным усилением или усилителями бегущей волны. Современные усилители с распределенным усилением имеют полосу пропускания от нуля до нескольких тысяч мегагерц.

§ 54. Усилительные каскады с минимальными

собственными шумами'

Входные каскады апериодических усилителей, как правило, выполняются по несколько иным схемам, чем основные усилитель­ ные каскады. Это объясняется тем, что входные каскады или рабо­ тают при весьма малых уровнях сигнала и поэтому их собственные

ных и униполярных транзисторов, туннельных диодов и т. д. опреде­ ляется их конструкцией, качеством изготовления, режимом работы и температурой окружающей среды. При этом даже если все требова­ ния по уменьшению шумов электронного прибора выполнены, то при создании на его основе усилителя с минимальными шумами необ­ ходимо оптимальное согласование с источником сигнала. В част­ ности, определим коэффициент шума линейного усилителя (рис.70, а), «читая его идеальным, а все создаваемые им шумы отнесем ко входу (рис. 70, б), представив их в виде эквивалентных генераторов шумо­ вого тока im и шумового напряжения Um.

Мощность тепловых шумов, генерируемых на внутреннем сопро­

156

Мощность эквивалентных шумов усилителя, выделяющихся на внутреннем сопротивлении источника сигнала,

•^экв— j^. Т~'ш-*Ч.

Коэффициент шума усилителя в целом

Определим значение внутреннего сопротивления источника сиг­ нала, при котором коэффициент шума минимален. Для этого решим уравнение

имеется оптимальное внутреннее сопротивление источника сигнала, величина которого определяется характером и уровнем шумов усилительных элементов. Но в некоторых случаях сопротивление, оптимальное с точки зрения шумов, не является оптимальным с точки зрения передачи мощности от источника сигнала входной цепи усилителя.

Определим оптимальное сопротивление усилительного каскада на полевом транзисторе и на усилительной лампе (триоде). Для упро­ щения анализа дробовые шумы представим в виде эквивалентного шумового сопротивления

Um д = 4 М 7 ? § к в Д / ,

где

^ э к в = AS 1;

А — коэффициент (для электронных ламп 2,1, для полевых тран­ зисторов 0,6—0,8).

Шумы эффекта мерцания также можно представить в виде экви­ валентного шумового сопротивления, величина которого обратно пропорциональна частоте:

где (оо — частота, на которой напряжение дробовых шумов равно напряжению шумов эффекта мерцания;

со — текущее значение частоты.

157

Если сопротивление источника сигнала отличается от оптималь­ ного, то коэффициент шума резко возрастает. Например, при опти­ мальном сопротивлении источника сигнала на частоте 0,1 гц коэф-

158

для усилителей на биполярных транзисторах минимальный коэффи­ циент шума наблюдается при сопротивлении источника сигнала 1 — 20 ком. Для электронных ламп оптимальное сопротивление источ­ ника сигнала 0,2—20 Мом, для полевых транзисторов с п — р пере­ ходом — 1—200 Мом, для полевых транзисторов с изолированным затвором RionT = 0,5 -^-10 Гом.

Чтобы снизить шумы электронных ламп, биполярных и полевых транзисторов в области низких частот (ниже 10 кгц), необходимо

в основном шумами первого каскада. Однако если коэффициент усиления первого каскада по мощности сравнительно мал, то необ­

ная схема транзисторного малошумящего усилительного каскада. Особенностью усилителя является то, что через оба транзистора протекают одни и те же переменная и постоянная составляющие кол­ лекторного тока, вследствие чего верхний транзистор выполняет роль динамического сопротивления нагрузки для нижнего транзи­ стора. При этом нижний транзистор включен по схеме с общим эмит­ тером, а верхний — по схеме с общей базой. Коэффициент усиления

159