4.3. Повторители напряжения (истоковый и эмиттерный)

Такие каскады используются, когда необходимо передать сигнал от источника с большим выходным сопротивлением в нагрузку с малым сопротивлением и для развязки между каскадами в широкой полосе частот.

Истоковый повторитель (ИП)

Принципиальная схема каскада приведена на рис.4.22.

Рис.4.22

Стационарный режим находится так же, как и в резисторном каскаде на полевом транзисторе с учетом того, что напряжение питания Е_П в выходной цепи распределяется между резисторомR_Ии зажимами исток-сток транзистора. Напряжениемежду затвором и истоком равно разности напряжений на резисторахR₂иR_И.Из схемы видно, что транзистор включен с общим стоком, и поэтому исследование каскада можно было бы провести, используя комплексныеY-параметры транзистора с общим стоком. Однако можно обнаружить, что в повторителе присутствует последовательная отрицательная ОС по напряжению. Действительно, при наличии входного сигналаЕ_Гнапряжение на переходе затвор-исток в области средних и высших частот:ΔU=U₁-U₂=U₁-U₂(oc).

Поскольку, U₂(oc)=U_OC,то четырехполюсник ОС имеет коэффициент передачи:. В этом случае полагают, что в повторителе осуществлена 100-процентная последовательная обратная связь. При опыте КЗ:U₂(ос,кз)=0, а при опыте ХХ:

,

т.е. .

Следовательно, отрицательная обратная связь – последовательная и по напряжению.

Из материалов гл.3 следует, что при такой связи определяющим является коэффициент передачи напряжения. Исследуем его сначала в области средних, высоких, а затем низких частот. В области средних частот сопротивление конденсатора С_Рдостаточно мало, а конденсаторовС_Н,С_ИС,С_ЗС весьма велико по сравнению с сопротивлениями резисторамиR_И,R_Н. Поэтому нагрузкой каскада является параллельное соединение:. Тогда коэффициент усиления выходной цепи каскада без ООС будет:

,

а глубина связи - .

Следовательно:

Поскольку, тонезначительно отличается от единицы и всегда меньше ее. Таким образом, в схеме усиления напряжения не происходит. Кроме того, фазы сигналовU₁иU₂(oc)совпадают. Эти свойства схемы определили ее название – истоковый повторитель напряжения. ВыражениеK_OF(2)можно записать так:

Следовательно, этот коэффициент может быть получен из эквивалентной схемы выходной цепи ИП, изображенной на рис.4.23.

Из рис.4.23 следует, что выходное сопротивление ИП будет меньше по сравнению с без обратной связи. Это полностью согласуется с результатами теории для такого типа ООС, полученными в главе 3. Из табл.3.1 находим, что выходное сопротивление при данном типе ООС уменьшается в величинупри холостом ходе на выходе:. Из рисунка следует, что при опыте ХХ:

.

Тогда:

,

что соответствует эквивалентной схеме усилительного элемента, заключенного в штриховые линии рис.4.23. Это изменение сопротивления может быть значительным. Пусть, например, =20 мА/В,=См, тогдакОм,Ом.

Область высоких частот

Выражение K_UF(2)становится комплексным:

; поскольку в области высоких частот без ООС:, где

, тогда

.

Структура последнего выражения такая же, как и у коэффициента передачи резисторного каскада K_Uбез обратной связи, однако постоянная выходной цепи уменьшается в величину, что приводит к расширению полосы пропускания выходной цепи ИП во столько же раз. Однако это расширение полосы в ИП окупается уменьшением усиления в области средних частот по сравнению с резисторным каскадом в такую же величинуF₂(0).

Эквивалентная схема выходной цепи ИП в области ВЧ изображена на рис. 4.24.