Схемотехника аналоговых электронных устройств

Каскад с ОЭ и ПООСТ еще носит название каскада с эмиттерной коррекцией.

В отличие от ПТ, в БТ крутизна частотнозависима, поэтому даже при частотно-независимой цепи ООС (C_ос=0) наблюдается эффект коррекции АЧХ и ПХ за счет уменьшения глубины ООС на ВЧ:

,

где τ_вОС=τ/F+τ₁/F+τ₂ (см. так же подраздел 2.5).

Нетрудно увидеть, что эмиттерная коррекция каскада на БТ при частотно-независимой цепи ООС (C_ос=0) эффективна при τ₂<<(τ+τ₁), т.е. в каскадах с малой емкостью нагрузки.

Воспользовавшись рекомендациями подраздела 2.3,получим выражение для комплексного коэффициента передачи каскада с эмиттерной коррекцией в области ВЧ:

где τ_ос=R_осC_ос, τ'=K₀R_осC_н.

Эмиттерная коррекция позволяет значительно увеличить f_в (уменьшить t_у) при заданных величинах подъема АЧХ на ВЧ (выброса ПХ δ в области МВ). Готовые таблицы и графики для расчета каскада с эмиттерной коррекцией приведены в [6].

Входная емкость каскада с ПООСТ уменьшиться примерно в F раз:

C _{вх дин ОС} = τ/r_б/F + (1 + K_0ОС)C_к ≈ C_{вх дин}/F.

Расчет каскада с ОЭ и ПООСТ в области НЧ ничем не отличается от каскада без ОС (следует только учитывать изменение R_вх при расчете постоянных времени разделительных цепей), исключение составляет расчет постоянной времени цепи эмиттера:

τ_нэОС = C_э(1/S₀ + R_ос).

3.3. Последовательная ООС по напряжению

Входное сопротивление усилителя с ООС определяется способом подачи напряжения ОС во входную цепь. Согласно элементарной теории ОС, последовательная ООС по напряжению (ПООСН) увеличивает входное сопротивление усилителя в F раз, т.е.

R_вхОС = R_вх·F.

Выходное сопротивление усилителя с ООС определяется способом снятия напряжения ОС с нагрузки усилителя. Согласно элементарной теории ОС, ПООСН уменьшает выходное сопротивление усилителя в F раз, т.е.

R_выхОС = R_вых/F.

Уменьшение выходного сопротивления УУ снижает зависимость выходного напряжения от изменения величины нагрузки, следовательно, можно утверждать, что ПООСН стабилизирует коэффициент усиления по напряжению при изменении нагрузки. Ранее были рассмотрены эмиттерный и истоковый повторители, в которых имеет место 100%-ная ПООСН (подразделы 2.8, 2.11), поэтому ограничимся иллюстрацией применения ПООСН — трехкаскадным интегральным усилителем с внешней цепью ОС (резистор R_ос, рисунок 3.4).

Рисунок 3.4. Усилитель с общей ПООСН

Возможность менять глубину общей ООС значительно расширяет сферу применения данного усилителя и делает ИМС многоцелевой.

3.4. Параллельная ООС по напряжению

Согласно элементарной теории ОС, параллельная ООС по напряжению (∥ООСН) не меняет коэффициент усиления по напряжению K₀ усилителя, но за счет изменения его входного сопротивления меняется сквозной коэффициент усиления K_E. В результате уменьшения входного сопротивления R_вх к входу усилителя приложится напряжение

U_вх = E_г·ν_вх,

где ν_вх — коэффициент передачи входной цепи УУ.

По аналогии с K_0ОС можно записать:

K_{E ОС} = K_E/(1 + βK₀) = ν_вхK₀/(1 + βK₀).

При глубокой ∥ООСН (βK₀ >> 1) получаем:

K_{E ОС} ≈ ν_вх/β.

Входное сопротивление усилителя с ∥ООСН определится как:

R_вхОС = R_вх/F_I,

где глубина ООС по току F_I=1+β_IK_I, β_I=I_ос/I_вых.

Величину выходного сопротивления УУ, охваченного ∥ООСН, можно приближенно оценить по уже известному соотношению:

R_выхОС ≈ R_вых/F.

Из изложенного следует, что ∥ООСН стабилизирует сквозной коэффициент усиления по напряжению при постоянном сопротивлении источника сигнала, уменьшает входное и выходное сопротивления усилителя.

Каскад на БТ с ОЭ и ∥ООСН представлен на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5. Усилительный каскад на БТ с ОЭ и ∥ООСН

При ∥ООСН выходное напряжение каскада вызывает ток ОС, протекающий через цепь ОС R_осL_осC_рос. Ранее (см. подраздел 2.6) рассматривалась схема коллекторной термостабилизации, работа которой основана на действии ∥ООСН. В данном же каскаде ∥ООСН действует только на частотах сигнала, что отражено на рисунке 3.5б.

Воспользовавшись рекомендациями подраздела 2.3, получим выражения для основных параметров в области СЧ. Для коэффициента усиления по напряжению получим:

т.к. S₀R_ос>>1, R_экв=R_к∥R_н. В большинстве случаев R_ос>R_экв, поэтому K₀ меняется незначительно. Само же изменение K₀ объясняется тем, что, в отличие от классической структуры УУ с ∥ООСН, в реальной схеме каскада нет столь четкого разделения цепи ОС и цепи прямого усиления.

Входное сопротивление каскада с ∥ООСН равно:

Обычно K₀>>g(R_ос+R_экв), R_ос>R_экв и K₀>>1, тогда

Выходное сопротивление каскада с ∥ООСН равно:

т.к. как правило S₀>>g и S₀R_г>>1.

Для определения параметров каскада в области ВЧ следует воспользоваться соотношениями для каскада с ОЭ (см. подраздел 2.5), принимая во внимание, что при расчете постоянной времени каскада τ_в следует учитывать выходное сопротивление каскада с ∥ООСН, т.е. R_экв=R_вых∥R_н и влияние ∥ООСН на крутизну — S_0ОС=S₀–1/R_ос.