Skhemotekhnika_PE

32

RВХ = UIВХ = RД P RВХ .ТР ,

Г

где сопротивление входной цепи транзистора

= h11.Э + (1+ h21.Э )×((1h22.Э )P RЭ P RН ).

Входное сопротивление каскада с ОК намного больше, чем у каскада с ОЭ на том же типе транзистора. Средние значения составляют 104 ¸ 105 Ом, против 10 ¸ 102 Ом у каскада с ОЭ. Это является важным пре- имуществом каскада с ОК.

Выходное сопротивление определяется относительно выходных за- жимов при еГ = 0 и RН = ∞

Последняя составляющая в RВЫХ мала, поэтому она и определяет его величину в целом. Выходное сопротивление каскада с ОК намного меньше, чем у каскада с ОЭ на том же типе транзистора, что является вторым важ-

KI может составлять (0,7 – 0,85) h21.Э.

33

Знаменатель больше числителя на величину h11.Э, которая много меньше второго слагаемого в знаменателе, поэтому KU ≤ 1 и может состав- лять (0,9 ¸ 0,99). По величине KU определяется необходимое для управления каскадом UВХ или еГ по величине Kе.

Применение каскада с ОК.

Недостатком каскада с ОК является KU ≤ 1, преимуществом по срав- нения с каскадом с ОЭ – высокое входное и низкое выходное сопротивле- ния. Каскад с ОК применяется в качестве согласующего, или в качестве входного каскада усилителя для повышения его входного сопротивления и, при низкоомной нагрузке – в качестве выходного каскада для уменьшения выходного сопротивления.

Рассмотрим на примере преимущества каскада с ОК.

Пусть RГ = 103 Ом; еГ = 1 В. При усилении сигнала каскадом с ОЭ с KU = 100 и RВХ = 10 Ом при RН = ∞, получим

т.е. фактически усиления каскада по напряжению не произошло, несмотря

Таким образом, использование каскада с ОК в качестве входного су- щественно повышает эффективность работы всех последующих каскадов. Строго говоря, того же эффекта можно было достичь применением двух каскадов с ОЭ.

Есть и второе важное преимущество использования каскада с ОК: ко- эффициент Kе усилителя становится независимым от RГ, что повышает уни-

35

Резистор RК задает, совместно с источником питания, положение ли- нии нагрузки, служит для выделения выходного сигнала и, одновременно, определяет коэффициент усиления каскада.

Резистор RЭ в цепи эмиттера предназначен для термостабилизации режима работы каскада. При повышении температуры транзистора увели- чивается ток покоя коллектора за счет возрастания числа неосновных носи- телей заряда в полупроводнике. Это вызывает смещение точки покоя на ли- нии нагрузки, что может вызвать нарушение нормальной работы усили- тельного каскада. Термостабилизация происходит следующим образом: при увеличении температуры увеличивается ток покоя коллектора IК0. Это ведет к увеличению напряжения на резисторе RЭ (URЭ = RЭIК0). Поскольку сопро- тивления R1 и R2 практически не зависят от температуры, постоянное на- пряжение базы покоя UБ.П при изменении температуры не изменится. Тогда, согласно уравнению, записанному по 2-му закону Кирхгофа для контура R2, UБЭ.П, RЭ, напряжение база-эмиттер UБЭ.П уменьшится, что приведет к уменьшению тока покоя коллектора. Уменьшение тока покоя коллектора за счет действия резистора RЭ не может полностью скомпенсировать его рост за счет повышения температуры, но влияние температуры на ток IК0 при этом во много раз снижается.

Резистор RЭ совместно с базовым делителем, состоящим из сопротив- лений R1 и R2 участвует в создании начального смещения UБЭ.П. Применение резистора RЭ для термостабилизации ведет к уменьшению коэффициента усиления каскада из-за возникающей при этом отрицательной обратной свя- зи. Конденсатор СР1 разделяет по постоянному току источник сигнала и усилительный каскад. Конденсатор СР3 разделяет по постоянному току уси- лительный каскад и нагрузку.

Сравнение параметров каскадов приведено в табл. 2.1.

При сравнении параметров необходимо выполнить сравнение харак- теристик каскадов: амплитудных, амплитудно-частотных, фазо-частотных и т.д.

UЗИ=0

IС

IС

=

ЕС

Рис. 2.18

37

Чтобы исключить влияние температуры на входное сопротивление каскада, обычно задают RЗ = (1 ¸ 2) МОм.

Резистор RИ одновременно является звеном температурной стабили-

зации режима покоя. При ↑Т, ↑IС.П, ↑UИ.П, ↑│UЗИ.П│ и ↓IС.П. Для исключения влияния RИ на параметры каскада по переменному току резистор RИ шунти-

руют емкостью СИ. В процессе работы схемы UСИ практически не меняется,

так что UИП = const.

В схеме отсутствует разделительный конденсатор во входной цепи, т.к. цепь для протекания тока от ЕС по цепи еГ → RГ отсутствует.

Рассмотрим реакцию схемы на подачу синусоидального входного сигнала при RН = ∞. Пусть UВХ > 0. Это напряжение подается на затвор и UЗ > 0. Тогда

UЗИ = UЗ – UИП

остается меньше нуля, но │UЗИ│< │UЗИ.П│. Здесь важно подчеркнуть, что

UИ = UИП = const,

т.к. по RИ протекает постоянная составляющая IИ, а переменная замыкается по СИ. Емкость СИ выбирается большой, так чтобы при усилении сигнала

UС = UИ = const = UИП.

Изменение UЗИ вызывает увеличение тока IС (до точки А/ на стоко – затворной ВАХ). Рабочая точка выходной цепи перемещается по нагрузоч-

ной прямой до пересечения со стоковой ВАХ, снятой при UЗИ = UЗИ.MIN (точка А). Напряжение UСИ уменьшается относительно UСИ.П. Напряжение в

точке подключения нагрузки при этом

UН = UСИ – UСИ.П < 0,

т.е. на выходе схемы формируется отрицательная полуволна сигнала. Каскад с ОИ, подобно каскаду с ОЭ, инвертирует входной сигнал.

Расчет каскада с ОИ по постоянному току

Исходными данными являются UВЫХ.М и RН.

1) Задают RС = (3 ¸ 5) RН. По переменному току сопротивления RС и

3) Задаются координаты точки покоя выходной цепи

IC.П > IC.M ; UСИ.П ³UВЫХ .М + DUСИ

4) Для обеспечения высокой температурной стабильности режима покоя задают UИП = (0,1 – 0,3) ЕС, тогда напряжение питания схемы опреде-

ляют выражением

38

UСИ. ДОП > ЕС ; IC. ДОП > IC.П + IC.М ; РMAX >UCИ.П × IC.П .

Частотные свойства полевого транзистора описываются частотой fS,

информация о ее конкретной величине для данного типа транзистора в справочной литературе отсутствует. На частотные свойства каскадов на по-

левых транзисторах существенное влияние оказывают междуэлектродные емкости, поэтому полевые транзисторы выбираются с большим запасом по частоте. Оценить возможную величину fS можно по условному обозначе- нию типа транзистора, в котором третий элемент несет информацию о его частотных свойствах. Классификация полевых транзисторов по частотным свойствам представлена в табл. 2.2.

РМАХ – это максимальная мощность, рассеиваемая в полевом транзи- сторе (мощность рассеивается во всем канале).

6) По стоко – затворной ВАХ определяется UЗИ.П. В рассматриваемой схеме │UЗИ.П│ = UИП = (0,1 ¸ 0,3) ЕС. Практически никогда не удается обес- печить UИП равным требуемому │UЗИ.П│. Уменьшение UИП ухудшает тем- пературную стабильность каскада, поэтому входную цепь каскада выпол- няют, как показано на рис. 2.19.

Определяют

EC × R2 = (UИП - UЗИ.П )×(R1 + R2 ),

откуда

Организуется делитель R1 – R2. Через него протекает ток делителя IД. На сопротивлении R2 выделяется напряжение UЗ.П.

Расчет каскада с ОИ по переменному току

Расчет производится по схеме замещения каскада по переменному то- ку. Линейная схема замещения полевого транзистора имеет вид (рис. 2.20).

Входное сопротивление полевого транзистора RВХ.ПТ составляет 10 ÷ 103 МОм, его влиянием на работу транзистора и каскада пренебрегают, схема замещения приобретает вид (рис. 2.21).

Параметры схемы замещения S и ri определяются по ВАХ транзистора в окрестностях точки покоя (по стоковой ВАХ, соответствующей

UЗИ = UЗИ.П )

Схема замещения каскада с ОИ имеет вид (рис. 2.22). На схеме обо- значено RД = R1 ║ R2.

40

IВХ=IГ

По схеме замещения определяются

RBX = UIBX = RД = R1 P R2 ;

Г

т.к. R1 >> R2, то RВХ близко к R2, т.е. имеется возможность задавать RВХ кас- када в широких пределах. Высокое RВХ является преимуществом каскада с ОИ перед каскадом на биполярных транзисторах.

Выходное сопротивление

RBЫX = RС P ri

Поскольку крутизна S для маломощных полевых транзисторов может составлять 1 ¸ 10 мА/В, КU >> 1 достигается при больших значениях RН (бо- лее 1 ¸ 10 кОм).

Коэффициент усиления по току КI для каскада на полевых транзисто- рах не определяют, т.к. IГ ≈ 0, поэтому КI → ∞.

реальных источников сигналов RГ << RВХ, поэтому Ке = КU. Каскад с ОИ применяется в качестве каскада предварительного усиления и входного кас- када усилителя. Если каскад с ОИ является нагрузкой другого КПУ, то со- противления RК (ОЭ), RЭ (ОК) и RИ (ОИ) выбираются не из условия Ri = (3 ¸ 5) RН (при этом напряжение питания получается недопустимо большим, т.к. Ii.≈ мало, но Ii.П приходится задавать большим, чтобы обеспе- чить линейный режим работы на входной ВАХ), а произвольно, исходя из обеспечения высокого КU при малом ЕС.