Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ПОПОВ ОСНОВЫ АНАЛОГОВОЙ ТЕХНИКИ.pdf
Скачиваний:
942
Добавлен:
11.05.2015
Размер:
2.27 Mб
Скачать

параметров, как и в случае с чисто активной нагрузкой, достигается целенаправленным усовершенствованием конструкции трансформатора, что влечет за собой его удорожание.

Работа каскада в условиях комплексной нагрузки практически не отличается от предыдущего случая. Вид частотной и фазовой характеристик попрежнему определяется наличием в выходной цепи колебательного контура LSC'Н. Однако добротность этого контура в данном случае может изменяться за счет вариаций сопротивления R'2 и приведет к соответствующему изменению частотной и фазовой характеристик. В отдельных случаях такой способ коррекции частотной характеристики трансформаторного каскада оказывается весьма удобным, достаточно простым и дешевым.

4.6.Специальные схемы каскадов предварительного усиления

4.6.1.Каскодный усилитель

Известно, что схема с общей базой имеет наиболее широкую равномерную частотную характеристику [16]. Однако входное сопротивление этой схемы невелико, что в большинстве случаев затрудняет связь каскада с общей базой с источником сигнала. Применение каскодной схемы позволяет устранить этот недостаток и придает усилителю ряд новых положительных качеств. На рис. 4.32, а, б представлены два каскодных усилителя с последовательным и параллельным питанием транзисторов. Как видно из рисунка, каскодная схема является двухкаскадным усилителем. В первом каскаде транзистор включен по схеме с общим эмиттером, а во втором – по схеме с общей базой. Для задания рабочей точки в обеих схемах используется обычная эмиттерная стабилизация. Постоянное напряжение на коллекторе транзистора VT1 в схеме рис. 4.32, а задается делителем напряжения в цепи базы транзистора VT2 , состоящим из сопротивлений R4 , R6 . Напряжение с нижнего плеча делителя R4 через открытый переход база-эмиттер транзистора VT2 поступает на коллектор транзистора VT1. При достаточно высоком напряжении источника питания Е0 предпочтительнее использовать схему на рис. 4.32, а, так как она содержит меньшее количество деталей.

175

 

 

R2

 

 

 

+E0

RИ

 

VT1

 

VT2

R5

 

 

 

 

 

 

 

C1

 

 

 

C4

 

EИ

U1

C2

R4

R6

U2

 

R1

 

R3

 

C3

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

+E0

 

 

R1

R3

R7

R8

 

 

 

 

C3

VT2

 

C5

RИ

C1

VT1

 

 

 

 

 

 

R2

 

R5 R6

 

U2

EИ

U1

C2

 

 

 

 

R4 C4

б

Рис. 4.32

Сигнал с выхода первого транзистора попадает на эмиттер второго. Так как входное сопротивление транзистора с общей базой очень мало, коэффициент усиления первого транзистора VT1 получается сравнительно небольшим, примерно равным единице, но зато его частотная характеристика значительно расширяется, приближаясь по ширине полосы пропускания к схеме с общей базой. Объясняется это тем, что при коэффициенте усиления близком к единице входная динамическая емкость С0 каскада с общим эмиттером получается небольшой и практически не превышает по своей величине емкость CБ′Э + 2СК

176

(3.20). Таким образом, полоса пропускания двухкаскадного усилителя (см. рис. 4.32) стремится к полосе пропускания схемы с общей базой.

Не трудно заметить, что переменный ток коллектора транзистора VT1 втекает в эмиттер транзистора VT2 и практически равняется его выходному току – току коллектора. Этот ток, протекая по сопротивлению нагрузки (R5), создает на нем напряжение, поступающее на выход схемы через конденсатор С4 в виде напряжения усиленного сигнала U2 . Следовательно, напряжение U2 получается равным произведению тока коллектора транзистора VT1 на сопротивление нагрузки транзистора VT2:

U2 = IK1R5 = y21,1U1R5 ,

(4.89)

где y21,1 – крутизна транзистора VT1.

Коэффициент усиления каскодной схемы получается равным произведению крутизны первого каскада на нагрузку второго:

K =

U2

= y21,1R5 .

(4.90)

 

U1

 

 

Паразитная обратная связь, осуществляемая за счет передачи энергии с коллектора VT2 на его маленькое входное сопротивление со стороны эмиттера и далее на базу транзистора VT1, получается очень слабой, что позволяет получить для каскодной схемы большое устойчивое усиление в широкой полосе частот.

Полоса пропускания каскодной схемы может быть расширена еще в 1,5 - 2 раза путем введения высокочастотной эмиттерной и индуктивной коррекций.

Благодаря своей широкополосности и устойчивости каскодные схемы нашли большое применение в качестве входных каскадов телевизионных и радиоприемных устройств.

177

4.6.2. Усилитель с распределенным усилением

Очень часто при разработке различных измерительных устройств, особенно для области импульсных сигналов, возникает необходимость в усилителях с полосой пропускания в сотни мегагерц и с достаточно высоким выходным напряжением. Как видим, требования к таким усилителям получаются весьма противоречивыми. Действительно, для получения высокого выходного напряжения необходимо иметь каскад с большим выходным током и достаточно высокоомной нагрузкой. В этом случае даже сравнительно небольшие выходная емкость транзистора и паразитная емкость нагрузки не позволят получить необходимую полосу пропускания. Увеличение выходного тока связано с увеличением мощности используемых транзисторов и, как правило, с ростом их выходной емкости, что снова ведет к сужению полосы пропускания (аналогичные явления наблюдаются при параллельном включении нескольких транзисторов). Увеличение верхней граничной частоты за счет снижения сопротивления нагрузки приводит к уменьшению коэффициента усиления и выходного напряжения.

Сгладить указанные противоречия и получить усилитель с полосой в несколько сотен мегагерц (со временем установления около наносекунды) позволяет каскад с бегущей волной (с распределенным усилением). Схема такого каскада представлена на рис. 4.33.

178

 

0

СР

 

 

 

СР

0

 

RK

СК

 

СК

СК

СК

RK

 

СР

LК

 

LК

LК

CP

 

 

VT1

 

VT2

 

VTn

U2

RИ

 

 

 

 

 

 

RБ1

EИ

U1

LБ

 

LБ

LБ

 

RБ2

 

 

CБ

CБ

 

CБ

CБ

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.33

 

 

Схема усилителя с распределенной нагрузкой содержит несколько транзисторов, коллекторы и базы которых соединены между собой длинными линиями, нагруженными на концах соответствующими волновыми сопротивлениями. Длинная линия в цепи базы образована индуктивностями LБ и входными емкостями транзисторов СБ. Аналогично длинная линия в цепи коллектора состоит из индуктивностей LК и паразитных емкостей СК в цепи коллектора каждого транзистора. Для создания в линиях режима бегущей волны каждая из них нагружена с обоих концов на сопротивления, равные волновым. Для базовой линии в качестве нагрузок используются сопротивления источника сигнала RИ = ρБ и параллельное соединение сопротивлений RБ1 и RБ2, которые также подбирается равным характеристическому сопротивлению базовой линии ρБ. Коллекторная линия на концах нагружена на сопротивления, равные характеристическому RК = ρК. Индуктивности звеньев линий берут такими, чтобы скорости распространения бегущей волны по обеим линиям были равными. Это достигается при равенстве произведений LБСБ = LКСК.

При подаче на вход каскада скачка напряжения в базовой линии начинает распространяться бегущая волна. Скачок напряжения на базе приводит к появлению скачка коллекторного тока y21U1. Нагрузкой коллектора каждого транзистора являются две части линии (справа и слева от коллектора) с волновым сопротивлением ρК, включенные параллельно. Ток коллектора первого транзистора вызывает на этой нагрузке скачок напряжения, равный y21U1ρК/2 , кото-

179