Входное сопротивление: .

Выходное сопротивление: .

Усиление по напряжению на ср. частотах в схеме эмиттерного повт-ля (ЭП): т.к. R_нагр >> _T/I_K . A_U  1.

МДПТ и ПТ. З С_ЗС С R_нагр

ОИ.

U_ЗИ С_ЗИ g_mU_ЗИ r_СИ U_СИ

И

Выходное сопротивление r_вых = r_си = U_A/I_си,

U_A - коэффициент модуляции длины канала транзистора, U_A  100-200 В.

Коэффициент усиления:

A_U = -g_mR_нагр.

ОЗ. И С R_нагр

U_из С_зи r_вх g_mU_из r_си С_зс U_cз

З

ОС. (истоковый повторитель) З С_зи И

U_зс С_зс g_mU_зс r_вых U_ис

С

Коэффициент усиления по напряжению здесь, как и в схеме ЭП, равен единице.

Входное сопротивление в схеме ОМ и ОС бесконечность (диэлектрик).

Составные транзисторы.

Схема Дарлингтона. Быстродействие хуже из-за диффузионной емкости Т2 , лучше вариант с резистором: I_R<I_Б2, U_R<U_БЭ2 на токах утечки. R = n*100 Ом в мощных транзисторах, R = n*1000 Ом в малосигнальных схемах.

БК

=  _N₁₂ U_БЭ = 2U_БЭ, U_КЭ  U_БЭ

Э

= __Nnpn , U_проб как в p-n-р.

Схема Шиклаи (Sziklai), p-n-p

= __p_n частотные хар-ки хуже,

по pnp-типу.

Cхема Шиклаи n-p-n (комплементарный транзистор)

К __n_р, U_БЭ = U_БЭ, U_КЭ = U_БЭн

Б

Э

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ

Элементарные каскады это схемы с ОЭ, ОБ, ОК на ИБТ или с ОИ, ОЗ, ОС для МДПТ. Каскады выполняют усиление мощности, при этом может быть усиление тока, напряжения или того и другого одновременно. Различают три группы каскадов:

1. Усилительные каскады, усиливают ток и напряжение A_U, A_i.

2. Повторители напряжения. Усиление мощности происходит за счет усиления тока.

3. Повторители тока (на выходе ток повторяет ток на входе). Усиливается напряжение.

4. Преобразователи напряжения (S=I_вых/u_г), преобразователи тока (Т=U_вых/i_г).

Рассмотрим наиболее распространенные схемы усилителей на ИБТ с ОЭ:

U_ИП

R_н R_н

U_вых

R_г

R_Э A_U=-R_н/R_Э

1. ОЭ, U_Э = 0 2. ОЭ, U_Э  0.

U_вх

Используя малосигнальную модель ИБТ, схема с ОЭ, представим входные и выходные сопротивления схемы:

R_г r_Б С_БК

U_вх С_ЭБ U_вх^* g_m^-1 g_mU_вх^* g₀^-1 R_н С_н

вход выход

Напомним,что g_m = -I_K/_T, r_Э = (I_Э/_T)^-1, r_БЭ = _N(I_Э/_Т)^-1 = /g_m;

Определим в схеме 1 цепи входного и выходного тока и суммарное сопротивление в соответствующих цепях:

- во входной цепи базового тока последовательно соединены резисторы

r_вх = R_г + r_Б + /g_m ,

• в выходной цепи включены параллельно 2 резистора

r_вых =R_н  g₀^-1.

При малых номиналах нагрузочных сопротивлений (по сравнению с выходным сопротивлением транзистора) коэффициент усиления по напряжению

A_U = U_вых/U_вх^*  -g_mU_вх^*R_н/U_вх^* = -g_mR_н = - R_нI_K/_T = -R_нg_БЭ,

?С учетом сопротивления генератора на входе и того, что r_вх = (+1)g_m^-1,

A_U = -R_н/(R_г+r_Б+/g_m) = -R_н/r_вх.

Недостатки усилителя с заземленным эмиттером:

1. Нелинейность. При высоком коэффициенте усиления (-400 при токах 1мА, но может быть и порядка –800 при токе 2мА и выходном напряжении =0, и нулевым при токе =0 и выходном напряжении, равном напряжению питания) вследствие изменения тока искажается выходной сигнал:

U_вх U_вых U_ип

(В схеме (2) усиление почти не зависит от тока, поэтому обеспечивается

усиление почти без искажений в большом диапазоне изменения сигнала.)

2. Входное сопротивление. Входное сопротивление r_вх = r_Э , то есть тоже зависит от тока. Если выходное сопротивление источника входного сигнала невелико, получается нелинейные делитель напряжения во входной цепи. (В схеме 2 с ОЭ входное сопротивление постоянно.)

3. Смещение. В рассматриваемом усилителе смещение трудно выполняется, постоянное смещение с резистивного делителя всегда связано с влиянием температуры на падение напряжения на открытом диоде  1/Т, ток коллектора увеличивается в 10 раз через каждые 30⁰. Температурная нестабильность тока смещения может ввести транзистор в режим насыщения.

Практически все перечисленные недостатки отсутствуют во второй схеме усилителя с ОЭ, только коэффициент усиления будет гораздо меньше.

Поскольку в схеме ЭП нет усиления по напряжению, изменения напряжения в узлах эмиттера и базы равны:

i_Э = u_Э/R_Э = u_Б/R_Э = u_вх/R_Э.

Коллекторный ток примерно равен эмиттерному:

u_K = -i_KR_н = -(u_вх/R_Э)R_н = u_вых,

отсюда коэффициент усиления постоянен и равен

A_U = u_вых/u_вх = -R_н/R_Э .

A_U0

0.7A_U0

f₁ f₂ f₃ f_-3дБ f=/2

Снижение коэффициента усиления на нижних частотах f_н зависит от свойств внешних элементов цепи, а на высоких – от параметров самой цепи.

Известны следующие разновидности усилителей:

1. широкополосные,

2. мощные низкочастотные,

3. избирательные.

Методы расширения полосы пропускания широкополосных усилителей.

1. Исходная схема.

u_г Т1 R_K1 T2 R_н С_н

при R_г = 0

A_U(j)=A_U0/(1+j), A_U0 = (R_н/r_вх2)[R_K1₂r_вх2/r_вх1] R_н₂/r_вх1,

  (R_K1[₂r_вх2])C_K2₂g_Э2R_н+R_н(С_К2+С_н2)₂С_К2R_н + С_нR_н .

A_U0₂R_н/r_БЭ

0,7A_U0

-20 дБ/декаду

__U 

2. Каскодная схема.

По сравнению с предыдущей схемой усиление примерно в раз меньше, зато примерно во столько же раз меньше постоянная времени:

₂R_н/r_БЭ1

₂R_н/r_БЭ1

_



3. Выходной каскад с ОЭ.

Т1 R_K1 T2 R_Э2 R_н С_н

эти выражения подставим в

формулы для схемы (1.)

Коэффициент усиления выходного каскада постоянен и равен R_К2/R_Э2.

Частота единичного усиления будет меньше _U . _U__U

При R_Э2  A_U  

 R_н(С_БК2+С_КП2+С_н) f()

_U 

4. Каскады с обратными связями.

R_ос

Т1 Т2 С_н

R_K1 R_н

Здесь по сравнению со схемой 1. не будет ухудшения частотных свойств _U(1)  _U(4).

R_oc1

R_oc2>R_oc1

_ _U

5.

T1 T2

R_K1 R_н С_н

R_Э1 R_oc

A_U0  R_oc/R_Э1.

В этой схеме получено уменьшение усиления и расширение полосы пропускания.

Можно обобщить приемы расширения полосы пропускания:

1. Выбор определенного сочетания каскадов (лучшие свойства каскада 2.);

2. Использование местных отрицательных обратных связей

Последовательного типа (3) параллельного типа (4)

3. Использование полных обратных связей (5). Последовательно-параллельного типа, (в зависимости от способа подключения ко входу), по току или напряжению (по способу съема с выхода).

Методы построения ШПУ с большим коэффициентом усиления.

Выходные свойства ШПУ можно представить следующим образом:

A_U, T

j_вых = u_вых/Z_вых

Z_вых Y_вых = 1/Z_вых

U_вых Z_н U_н Выгодно делать

Z_н/(Z_вых+Z_н)  1 или

Z_вых/Z_н << 1 получим выходное напряжение.

I_вых A_I, S Для выходного тока выгодно делать

Z_н/Z_вых << 1

J_вых Y_вых Z_н

Усилители, преобразователи тока и преобразователи напряжения.

Для усилителей и преобразователей тока или напряжения, соответственно, нужно придерживаться следующих соотношений:

Преобразователи напряжения Преобразователи тока

A_U, S A_I, T

Z_г I_вх

U_г Z_вх J_г Z_г Z_вх

Z_вых1 Z_вх2=Z_н1

1)

I_вх

2)

Z_н1  Z_вх2(2) << Z_вх2(1) для усиления по току

3)

Z_н1 = Z_вх2(3) > Z_вх2(1) по сравнению со схемой (1) ₁ уменьшается

4)

Z_н1 = Z_вх2(4) < Z_вх2(1) частотные свойства лучше, чем в (3).

При построении ШПУ применяют местные ОС и проводят оптимизацию полосы пропускания каждой ячейки, при этом желательно придерживаться следующих рекомендаций:

1. A_U Z_вх  , Z_вых 

2. A_I Z_вх  Z_вых 

3. S Z_вх  Z_вых 

4. T Z_вх  0 Z_вых  0

A_U:

A_I:

В области больших частот имеют преимущества парафазные схемы с эмиттерными связями, используются транзисторы в схемах с ОК (Т1) и с ОБ (Т2). Это частный случай дифференциальных каскадов, основное отличие – несимметрия схемы. В такой схеме минимизируется емкость коллектора во входном плече, а включение транзистора с ОБ преобразует усиление по току в усиление по напряжению. Каскад неинвертирующий, поэтому затруднено использование ООС. Коэффициент усиления схемы с эмиттерной связью равен примерно половине А_U в аналогичной схеме с ОЭ

+U

I₁ R_K I₂

U_вых

R_г

U_вх Т1 Т2

I₀

-U

Источники тока. Источники напряжения, источники опорного напряжения.

1. Источники тока. С учетом направления тока различают:

а) источники тока, вытекающие токи для питания p-n-p- транзисторов и р- МДПТ.

+U

I₀ упр.входы +U

ФТ

A ⁰

R_н R_н

-U

б) токоотводы, втекающие токи для питания n-p-n- транзисторов и n- МДПТ

+U R_н +U

0

R_н упр. входы

А ФТ

I₀

-U

Чаще всего в качестве источника тока используют схему токового зеркала.

U_БЭ1 = U_БЭ2  I_Э1 = I_Э2

I₁ = I_К1 + I_Б1 + I_Б2 = I_К +2I_К/ = I_К(1+2/) I₁ I₂

I₂ = I_К1 = I₁(1+ 2/)

U_БЭ1 = U_БЭ2, I_Э1/I_Э2 = A_Э1/A_Э2  I_К1/I_К2

I_Б  0 при  >> 1  100

Можно масштабировать токи при помощи площадей Т1 Т2

эмиттеров.

Задать (ограничить в диапазоне мА - мкА) величину тока в формирователе тока можно при помощи простейшей цепи резистора:

U_ИП

I₁ = [(U_ИП-U_БЭ)/R1], I₂ = [(U_ИП-U_БЭ)/R1]A_Э2/A_Э1, I₁ R1 I₂

более корректно:

I₂ = I₁ - 2I_Б = I₁(1-2/ + U_БЭ/_Т)_А1=А2.

Точность выставления I₂  5%.

ВАХ идеального и реального источника тока отличаются величиной динамической выходной проводимости ИТ:

I_K I

g₀=g_КЭ=I_K/U_A g₀=0 I₀