Лекция 11. Двухкаскадные усилители

В лекции 8 при анализе работы однокаскадных усилителей были вычислены коэффициенты усиления по напряжению К_U, по токуК_Iи по мощностиК_Р, которые для класса усиления А составили 100; 64,3 и 6430. Если требуется обеспечить более высокое усиление, надо применять несколько каскадов. Существуют схемы, в которых решается задача получения максимального усиления либо по напряжениюК_U, либо по токуК_I, либо по мощностиК_Р. Рассмотрим такие схемы на примере двухкаскадных усилителей.

11.1. Двухкаскадный усилитель оэ-оэ

Двухкаскадный усилитель ОЭ-ОЭ предназначен для получения наибольшего усиления по напряжению. Схема усилителя представлена на рис. 11.1.

Рис. 11.1. Двухкаскадный усилитель ОЭ-ОЭ

Каждый из каскадов выполнен по схеме термостабилизации с ООС по напряжению база-эмиттер. Для увеличения коэффициента усиления по напряжению первого каскада сопротивление резистора R3 выбирают как можно больше (до десятков кОм), а ток коллектора устанавливают небольшим (менее 1 мА). Во втором каскаде ток коллектора выбирают в соответствии с сопротивлением нагрузки. Оба каскада работают в классе А.

Особенностью работы схемы является то, что каждый каскад ОЭ изменяет фазу усиливаемого сигнала на 180⁰. Результирующий сдвиг фаз схемы равен 0⁰. Если не принять специальных мер, может возникнуть паразитная генерация («свист» или «рокот» в зависимости от ёмкости переходных конденсаторов С1 и С3) из-за положительной обратной связи через внутреннее сопротивление источника питания. Для устранения этого применяется ФНЧ (фильтр низких частот), который выполнен на элементахR_ф, С_ф. Фильтр включён в цепь питания между каскадами.

Коэффициент усиления схемы по напряжению равен произведению коэффициентов усиления каскадов

. (11.1)

Недостатком такой схемы является зависимость коэффициента усиления в области низких частот от величины ёмкости переходных конденсаторов и величины ёмкости конденсаторов в цепях эмиттеров транзисторов, как это было отмечено в лекции 10.

11.2. Двухкаскадный усилитель ок-оэ (схема Дарлингтона)

Двухкаскадный усилитель ОК-ОЭ предназначен для получения наибольшего усиления по току. Эту схему называют также составной или супер-транзистор. Схема усилителя представлена на рис. 11.2.

Рис. 11.2. Двухкаскадный усилитель ОК-ОЭ

Транзистор VT1 включён по схеме ОК, следовательно, его коэффициент усиления по току составляет ₁+1. Его нагрузкой служит низкое входное сопротивление транзистора VT2, включённого по схеме ОЭ.

Коэффициент усиления схемы по току равен произведению коэффициентов усиления каскадов

. (11.2)

Составные транзисторы могут быть сформированы в одном кристалле и выпускаются в одном корпусе (КТ827, КТ829). Их применяют для управления нагрузками, требующими большого тока (до 10 А).

11.3. Двухкаскадный усилитель оэ-об (каскодный усилитель)

Двухкаскадный усилитель ОЭ-ОБ предназначен для получения наибольшего усиления по мощности. Чтобы пояснить принцип работы такого усилителя, рассмотрим схему на рис. 11.3.

Транзистор VT1, включённый по схеме ОЭ, работает в режиме короткого замыкания на выходе, так как входное сопротивление транзистора VT2, включённого по схеме ОБ, маленькое. Поэтому транзистор VT1 обладает максимальным коэффициентом усиления по току K_I  ₁.

Рис. 11.3. Схема, поясняющая принцип работы усилителя ОЭ-ОБ

Сопротивление нагрузки в цепи коллектора транзистора VT2 выбирают как можно больше, чтобы схема ОБ обладала большим коэффициентом усиления по напряжению K_U  200.

Практическая схема двухкаскадного усилителя ОЭ-ОБ представлена на рис. 11.4.

Рис. 11.4. Двухкаскадный усилитель ОЭ-ОБ (каскодный усилитель)

Особенность схемы заключается в том, что оба транзистора получают питание от одного источника. База транзистора VT2 для работы с общей базой заземлена по переменному току через конденсатор С_Ф.

Коэффициент усиления схемы по мощности равен произведению коэффициентов усиления каскадов

. (11.3)

Каскодный усилитель применяется для усиления сигналов высокой частоты (от единиц до сотен МГц).