Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Контрольная по СвСУ / схемотехника-учебник.pdf
Скачиваний:
361
Добавлен:
24.02.2016
Размер:
3.43 Mб
Скачать

Ku =

(β+ 1)Rэн

, (2.14)

h11 + (β + 1)Rэн

 

 

откуда следует, что Ku

1.

 

Усилительный каскад

на биполярном

транзисторе, включенном по схеме c ОK, час-

то называют эмиттерным повторителем, по-

скольку его выходное напряжение (на эмиттере) практически полностью повторяет входнойсигнал(поамплитуде, фазеиформе).

Выходное сопротивление каскада ОК можно определить из рис. 2.15. Полагая, что значения Rб и rк* весьма велики, получим для расчета Rвых следующую формулу:

Rвых = rэ + rбβ++R1г .

Рис. 2.16. Принципиальная схема парафазного усилителя

(2.15)

Анализ параметров, входящих в (2.15), показывает, что Rвых в каскаде ОК мало (обычно составляет десятки Ом).

Эмиттерный повторитель, хотя и не усиливает напряжение, — хороший усилитель мощности (Кр = КI). Он обычно используется в качестве согласующего каскада, т.е. каскада с большим входным и малым выходным сопротивлением.

При создании усилительных устройств иногда, например, для реализации двухтактного каскада усилителя мощности, требуется иметь два сигнала (напряжения), равные по величине относительно общей шины, но противоположные по фазе. На практике для получения таких сигналов используют фазоинверсный (парафазный) усилитель, принципиальная схема которого приведена на рис. 2.16.

2.3. Усилители на полевых транзисторах

Среди усилительных каскадов, выполненных на полевых транзисторах, наиболее широкое применение получил каскад, в котором полевой транзистор включен по схеме с общим истоком (ОИ). На рис. 2.17 приведена принципиальная схема наиболее распространенного варианта каскада ОИ с RC-связью. Основа

69

Рис. 2.17. Усилитель на полевом транзисторе с ОИ

такого усилительного каскада — два элемента: резистор Rc и полевой транзистор с p-n переходом и n-ка- налом. Аналогичный каскад может быть выполнен и на МПД-транзисторе со встроенным каналом.

Поскольку полярность напряжения источника питания Еc определяется типом канала, в рассматриваемом каскаде Еc должно быть положительно (используется транзистор с n-каналом). Резистор Rз ≈ 1 МОм осуществляет гальваническую

связь затвора с общей шиной и стабилизирует входное сопротивление каскада. Источник входного сигнала Еr подключен ко входу каскада через разделительный конденсатор C1, а сопротивление нагрузки Rн подключено к выходу каскада через разделительный конденсатор С2 .

Цепь автоматического смещения RиСи обеспечивает отрицательное напряжение на затворе для режима покоя Uзи0. Величину Rи для заданного тока покоя Iс0 обычно определяют с помощью стоко-затворной ВАХ полевого транзистора. Поскольку за счет протекания Iс0 по Rи между затвором и истоком полевого транзистора возникает напряжение

U зио = −Ic0Rи ,

(2.16)

из (2.16) можно легко определить Rи. Отметим, что с помощью Rи также осуществляется стабилизация режима покоя (подобно стабилизации с помощью Rэ в усилителе ОЭ на рис. 2.9).

В режиме покоя для линейного усилителя выбирают напряжение между истоком и стоком полевого транзистора Uси0 Ic0 Rc в об-

щем соотношении Ec =Uси0 + Iс0Rc + Ic0 Rи , где Rи равно нескольким кОм. При этом Uси0 ≥ Uвых + (1...2) В.

70

ПрирасчетекаскадаОИможетоказаться, чтоRи имеетотносительно большое значение, что приведет к слишком большому отрицательному напряжению на затворе. Для реализации необходимых режимов работы в усилительном каскаде на полевом транзисторе можно использоватьделительнапряжениявцепизатвора, т.е. междузатвороми источником питания включить дополнительный резистор. В таком усилителе полевой транзистор с p-n переходом может быть заменен МДП-транзисторомсовстроеннымилисиндуцированнымканалом.

Рассмотрим параметры каскада ОИ для переменного сигнала. Нетрудно показать, что при подаче положительной полуволны Uвх в каскаде ОИ будет формироваться отрицательная полуволна Uвых (как и в каскаде ОЭ), т.е. усилительный каскад ОИ инвертирует входной сигнал. На рис. 2.18 приведена малосигнальная эквивалентная схема в области средних частот для усилительного каскада ОИ. Эта схема получена на основе схемы, в которой устранены межэлектродные емкости (не играющие существенной роли в области средних частот), за счет внесения в нее внешних элементов каскада. Здесь R= Rc Rн Rc . Входное сопротивление каскада ОИ на средних частотах определяется Rз, поэтому Rвых 1 МОм.

Для амплитудного значения тока стока в полевом транзисторе можно записать:

Ic

= sU зи + Uси / rc .

(2.17)

Так как в каскаде

ОИ амплитуда выходного

напряжения

U вых = Uси = – IcRc (знак «–» указывает на противофазность сигна-

лов на выходе каскада и на Rc), то (2.17) можно привести к следую-

щему виду: Ic = srcU зи /(rc + Rc ) , откуда для коэффициента уси-

ления Кu получим :

 

Uси

 

src Rc

 

µu Rc

 

U вых

 

 

 

Ки =

 

 

=

 

 

= −

 

= −

 

.

(2.18)

U

вх

U

зи

r + R

r + R

 

 

 

 

 

c c

 

c c

 

Знак«–» показывает, чтокаскад ОИ инвертирует сигнал. При rc . Rc, что обычно имеет место на практике, выражение (2.18) можнопредставитьввиде:

Кu = −sRc

(2.19)

(в реальных каскадах ОИ обычно Ku = 3...50).

Рис. 2.18. Эквивалентная схема усилителя с ОИ

71

Выходное сопротивление рассматриваемого каскада можно представить как Rвых = rc Rc . Поскольку обычно rc . Rc, то

Rвых Rc .

Стабильность каскадов на полевых транзисторах в основном определяется изменениями Iс0 под влиянием температуры или других внешних факторов. Уменьшить приращение тока стока в режиме покоя ∆Iс0, возникшее под действием какого-либо внешнего фактора, можно с помощью использования отрицательной обратной связи по постоянному току. Так, в каскаде (рис. 2.17) общее

приращение тока стока в режиме покоя равно Ic0 /(1 + sRu ) , т.е. в

(1 + SRu) раз меньше, чем в одиночном полевом транзисторе. Рассмотрим истоковый повторитель, которым называется

усилительный каскад на полевом транзисторе, включенном по схеме с общим стоком (ОС). На рис. 2.19 приведена принципиальная схема каскада ОС с RC-связью. Здесь, подобно каскаду ОК, сток через очень малое сопротивление источника питания соединен с общей шиной каскада, т.е. вывод стока — общий для входной и выходной цепей устройства. Основой рассматриваемого каскада ОС являются два элемента: резистор Rи и полевой транзистор с p-n-переходoм и n-каналом.

В рассматриваемом каскаде (подобно каскаду ОК) существует 100 %-ная отрицательная обратная связь по напряжению, за счет

чего получается малый Кг и Кu ≤ 1. Кроме того, нетрудно убедить-

ся, что каскад ОС тоже не инвертирует фазу сигнала. Отсюда и название — истоковый повторитель.

Рис. 2.19. Эквивалентные схемы входной части усилителя с ОИ в области высоких частот

72